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, могут быть взяты 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 и фазного ротора 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 Н — до 165 °С. При этом коэффициент увеличения потерь k p по сравнению с полученными для расчетной температуры составит для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости В k p=r120/r75 = 1,15, для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F k p = ρ140/ρ115 = 1,07, для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости Н k р = r140/r115 = 1,45.
Электрические потери в обмотке статора делятся на потери в пазовой части Р¢э.п1 и потери в лобовых частях катушек Р'Э.Л1, Вт:
(11.1)
. 
(11.2)
Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины, °С,
, (11.3)
где a1 – коэффициент теплоотдачи с поверхности, определяемый по рис.11.1 и 11.2 в зависимости от исполнения машины; К — коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду (принимают по табл. 11.1).
Таблица 11.1
Средние значения коэффициента К
| Исполнение двигателя по способу защиты | Число полюсов двигателя 2 р | |||||
| IP 44 | 0,22 | 0,20 | 0,19 | 0,18 | 0,17 | 0,16 |
| IP23 | 0,84 | 0,80 | 0,78 | 0,76 | 0,74 | 0,72 |
в)
Рис. 11.1. Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности α1 и подогрева воздуха αВ для асинхронных двигателей исполнения IP44:
а – при h < 160 мм; б – при h = 160 ¸250 мм; в – при h ³280 мм
(для двигателей с продуваемым ротором)
|
в)
Рис. 11.2. Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности α1 и подогрева воздуха а В для асинхронных двигателей исполнения IP23:
а – при h =160¸250мм, U HOM= 660 В; б – при h ³280 мм, U НОМ£660 В;
в – при U НОМ = 6000В
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора, °С,
(11.4)
где ПП1 — расчетный периметр поперечного сечения паза статора, равный для полузакрытых трапецеидальных пазов (см. рис. 4.7, а):
(11.5)
(h ПК, b 1, b 2 — размеры паза в штампе); для прямоугольных открытых и полуоткрытых пазов (см. рис. 4.6),
(11.6)
b ИЗ1 – односторонняя толщина изоляции в пазу; для всыпной обмотки b ИЗ1 берется по соответствующим таблицам (см. главу 4). Для обмоток из прямоугольного провода
, (11.7)
где n эл и b — число и ширина неизолированных элементарных проводников, расположенных в одном слое по ширине паза; lэкв — средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции; для классов нагревостойкости В, F и Н lэкв=0,16Вт/(м · °С); l'экв – среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки из эмалированных проводников с учетом неплотности прилегания проводников друг к другу; значение l'экв берется по рис. 11.3; для обмоток из прямоугольного провода в (11.4) принимают
Рис. 11.3. Средние значения коэффициентов теплопроводности l¢ЭКВ внутренней
изоляции в катушках обмотки из круглого эмалированного провода
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
(11.8)
где Пл1 — периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки; Пл1» Пп1; b из.л1 — односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки. При отсутствии изоляции в лобовых частях b из.л1 = 0; l'экв для всыпной обмотки определяется по рис. 11.3. Для катушек из прямоугольного провода принимают h п1/(12l¢ЭКВ)=0.
Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины, °С,
(11.9)
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, °С,
(11.10)
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды определяется в предположении, что температура корпуса равна температуре воздуха внутри машины. При этом условии
(11.11)
где S Р ¢В — сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя, Вт; αВ —коэффициент подогрева воздуха, Вт/(м2·°С), учитывающий теплоотдающую способность поверхности корпуса и интенсивность перемешивания воздуха внутри машины (см. рис. 11.1, 11.2); S кор — эквивалентная поверхность охлаждения корпуса, м2.
Для двигателей со степенью защиты IP23
(11.12)
где 
(11.13)
S Р — сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме и расчетной температуре.
Эквивалентная поверхность охлаждения корпуса, м2,
(11.14)
Для двигателей со степенью защиты IP44 при расчете Σ Р' В не учитывают также мощность, потребляемую наружным вентилятором, которая составляет примерно 0,9 суммы полных механических потерь:
(11.15)
где 
определяется по (11.13).
При расчете S кор учитывают поверхность ребер станины:
(11.16)
где Пр— условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя; значение Пр может быть принято приближенно по кривой рис.11.4.
 |
Рис. 11.4. Средние значения периметра поперечного сечения ребер корпуса
асинхронных двигателей
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды, °С,
(11.17)
Из-за приближенного характера расчета D 
1 должно быть, по крайней мере, на 20% меньше, чем допускаемое превышение температуры для принятого класса изоляции.
Превышение температуры обмотки фазного ротора определяется аналогично в следующей последовательности.
Превышение температуры магнитопровода ротора над температурой воздуха внутри машины, °С,
(11.18)
где α2 — коэффициент теплоотдачи, определяемый по рис. 11.5 и 11.6;
P¢Э.П2 — электрические потери в пазовой части обмотки ротора,
(11.19)
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки ротора,°С,
(11.20)
где ПП2 – периметр паза ротора.
Рис. 11.5. Средние значения коэффициента теплоотдачи с поверхности α2
фазных роторов асинхронных двигателей с U НОМ£660 В:
а — при исполнении IP44 с продуваемым ротором; б — при исполнении IP23
Рис.11.6. Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности α2 фазных роторов асинхронных двигателей с U НОМ = 6000 В исполнения IP23
Для прямоугольных пазов
(11.21)
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины, °С,
(11.22)
где Р ¢э.л2 — электрические потери в лобовых частях обмотки, В,
(11.23)
Перепад температуры в изоляции лобовых частей обмотки ротора,°С,
(11.25)
где Пл2 – периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки, Пл2 =Пп2; b из.л2 – односторонняя толщина изоляции лобовых частей.
Среднее превышение температуры обмотки ротора над температурой воздуха внутри двигателя, °С,
(11.26)
Среднее превышение температуры обмотки ротора над окружающей средой, °С,
(11.27)
