Практическая работа № 5

Тепловий розрахунок катушок додаткових полюсів тягового двигуна пульсуючого струму

Мета: ознайомитись із будовою двигуна пульсуючого струму і виконати тепловий розрахунок його катушок додаткових полюсів.

Ход роботи.

1. Теоретическая часть.

Номинальными режимами тяговых двигателей являются часовой и продолжительный, поэтому, строго говоря, при проектировании двигателя тепловой расчет должен быть выполнен для обоих этих режимов.

Расчет нагревания двигателя для часового режима сложнее, чем для продолжительного, так как он является неустановившимся в тепловом отношении, что заставляет считаться не только с теплоотдачей отдельных элементов машины, но и с их теплоемкостями.

Отсылая интересующихся расчетом нагревания машин при часовом режиме к [2, 27], остановимся на способах выявления превышения температуры двигателя при работе в продолжительном режиме. Довольствоваться выполнением этого более простого и надежного теплового расчета позволяет то, что продолжительная и часовая мощности двигателей находятся в достаточно определенном соотношении, оцениваемом коэффициентом вентиляции (2.40), что позволяет, выявив превышение температуры при продолжительном режиме работы, составить представление и о порядке этой величины при часовом режиме.

При тепловых расчетах машин широко используют метод тепловых схем замещения, введенный в практику А. Е. Алексеевым [2], хорошо отображающий физическую картину процессов, протекающих между отдельными теплореагирующими элементами.

Расчет нагревания электрических машин вследствие сложности тепловых и воздушных потоков в них выполняют при ряде допущений. Вводя их, исходят из того, чтобы точность расчета для практических целей была достаточной, не требуя в то же время непомерно большой расчетной работы. Источники погрешностей в тепловых расчетах кроются в недостаточной точности учета влияния вентиляции на процесс рассеяния тепла с поверхностей элементов машины и недостаточ­ной надежности коэффициентов теплопроводности сложных техни­ческих изоляций.

Ниже изложен способ расчета нагревания тяговых двигателей, хорошо зарекомендовавший себя в работе заводов тягового электромашиностроения, предложенный А. Б. Иоффе.

2. Методика расчета

Установление величин, используемых в расчетах нагревания тяговых двигателей

Скорость вентилирующего воздуха. При подробном расчете вентиляции эту скорость устанавливают по расходу воздуха Q и сечению каналов SК, по которым он продувается.

А. Б. Иоффе [15], исходя из обычной геометрии поперечных сечений тяговых двигателей, использует следующую формулу для определения скорости воздуха, м/с, относительно поверхностей катушек главных и добавочных полюсов:

(5.1)

где D_auD_i — внешний и внутренний диаметры якоря, м;

Q — расход воздуха, м³/мин.

Коэффициент теплоотдачи. Для внешних поверхностей катушек коэффициент теплоотдачи α следует брать по кривой рис. 5.1 в зависимости от скорости воздуха v_к.

Рисунок 5.1.

Теплопроводность изоляции. Удельная тепловодность изоляции , Вт/(^оС∙см)

где Δ — коэффициент теплопро­водности материала изо­ляции, Вт/(°С∙см);

Ь_из — эффективная толщина изоляции, см.

Коэффициент теплопроводности для технических изоляций:

для обычной микалентной и стекломикалентной изоляции

Δ = 0,0013 ... 0,0015 Вт/(° С ∙ см); (5.2)

для изоляций «Монолит-2» и ВЭС-2

Δ = 0,002 ... 0,00225 Вт/(°С∙см). (5.3)

Эффективная толщина изоляции катушек b_из, см

b_из =b_внеш +b_внутр, (5.4)

где b_внеш — толщина внешней изоляции катушки, см;

b_внутр — эквивалентная толщина изоляции проводников, входящих в катушку (в определенном направлении), см.

При проводниках прямоугольного сечения

(5.5)

где b'_из — двусторонняя толщина изоляции проводника, см;

m — число рядом лежащих в данном направлении проводников.