На первоначальной стадии проектирования достаточно достоверную оценку теплового режима двигателя дает приближенный метод теплового расчета, основанный на упрощенном представлении о характере тепловых связей между элементами электрической машины. В нем используют средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности и теплопроводности изоляции, характерные для определенной конструкции и технологии производства двигателей данного типа.
Для расчета нагрева асинхронных машин, спроектированных на базе серий 4А и АИ, берутся усредненные коэффициенты теплоотдачи с поверхности и теплопроводности изоляции в пазовой и лобовой частях обмоток.
Расчет нагрева проводят, используя значения потерь, полученных для номинального режима, но потери в изолированных обмотках статора несколько увеличивают по сравнению с расчетными, предполагая, что обмотки могут быть нагреты до предельно допустимой для принятого класса изоляции температуры: при классе нагревостойкости изоляции В — до 120° С, при классе нагревостойкости изоляции F — до 140° С и при классе нагревостойкости изоляции H — до 165° С. При этом коэффициент увеличения потерь по сравнению с полученными для расчетной температуры составит для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости В , для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F , для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости H .
Электрические потери в обмотке статора делятся на потери в пазовой части и потери в лобовых частях катушек :
; (12.1)
. (12.2)
Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины, ° С,
, (12.3)
где — коэффициент теплоотдачи с поверхности, определяемый по рис. 12.1;
К — коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду (принимают по табл. 12.1).
Рис. 12.1 Среднее значение коэффициентов теплоотдачи с поверхности и подогрева воздуха для асинхронных двигателей исполнения IP44:
а – при h < 160 мм; б – при h = 160…250 мм; а – при h ≥ 280 мм (для двигателей с продуваемым ротором)
Таблица 12.1. Средние значения коэффициента K
Исполнение двигатели по способу зашиты | Число полюсов двигателя 2 р | |||||
IP44 IP23 | 0,22 0,84 | 0,20 0,80 | 0,19 0,78 | 0,18 0,76 | 0,17 0,74 | 0,16 0,72 |
Перепад температуры в изоляции пазовой часта обмотки статора, °C,
, (12.4)
где — расчетный периметр поперечного сечения паза статора, равный для полузакрытых трапецеидальных пазов (см. рис. 4.2, а):
, (12.5)
( —размеры паза в штампе); для прямоугольных открытых и полуоткрытых пазов (см. рис. 4.1):
; (12.6)
— односторонняя толщина изоляции в пазу. Для обмоток из прямоугольного провода
, (12.7)
и — число и ширина неизолированных элементарных проводников, расположенных в одном слое по ширине паза;
— средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции; для классов нагревостойкости В, F и H ;
— среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки из эмалированных проводников с учетом неплотности прилегания проводников друг к другу; значение берется по рис. 12.2; для обмоток из прямоугольного провода в (12.4) принимают .
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
, (12.8)
где — периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки; ;
— односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки. При отсутствии изоляции в лобовых частях ;
для всыпной обмотки определяется по рис. 12.2. Для катушек из прямоугольного провода принимают .
Рис. 12.2. Среднее значение коэффициентов теплопроводности внутренней изоляции в катушках обмотки из круглого эмалированного провода
Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины, ° С,
. (12.9)
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, ° С,
. (12.10)
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды определяется в предположении, что температура корпуса равна температуре воздуха внутри машины. При этом условии
, (12.11)
где — сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя, Вт;
— коэффициент подогрева воздуха, Вт/(м · °С), учитывающий теплоотдающую способность поверхности корпуса и интенсивность перемешивания воздуха внутри машины (см. рис. 12.1);
— эквивалентная поверхность охлаждения корпуса, м2:
. (12.12)
Для двигателей со степенью защиты ΙΡ44 при расчете не учитывают также мощность, потребляемую наружным вентилятором, которая составляет примерно 0,9 суммы полных механических потерь:
, (12.13)
При расчете учитывают поверхность ребер станины:
. (12.14)
где — условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя; значение может быть принято приближенно по кривой рис. 12.3.
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды, ° С,
. (12.15)
Из-за приближенного характера расчета , должно быть, по крайней мере, на 20% меньше, чем допускаемое превышение температуры для принятого класса изоляции.
Рис. 12.3. Среднее значение периметра поперечного сечения ребер корпуса асинхронных двигателей
Превышение температуры магнитопровода ротора над температурой воздуха внутри машины, ° С,
, (12.16)
где — коэффициент теплоотдачи;
— электрические потери в пазовой части обмотки ротора:
. (12.17)
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки ротора, °C,
, (12.18)
где — периметр паза ротора. Для прямоугольных пазов
; (12.19)
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины, ° С,
, (12.20)
где — электрические потери в лобовых частях обмотки, Вт:
. (12.21)
Перепад температуры в изоляции лобовых частей обмотки ротора, °С,
, (12.22)
где — периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки: ;
— односторонняя толщина изоляции лобовых частей.
Среднее превышение температуры обмотки ротора над температурой воздуха внутри двигателя, ° С,
. (12.23)
Среднее превышение температуры обмотки ротора над окружающей средой, ° С,
. (12.24)