МІНІСТЕРСТВО -...
TRANSCRIPT
![Page 1: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/1.jpg)
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»
ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК АСИНХРОННОГО ДВИГУНА
ЗАКРИТОГО ВИКОНАННЯ, ЩО ОБДУВАЄТЬСЯ,
З КОРОТКОЗАМКНЕНИМ РОТОРОМ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО
РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНОГО ЗАВДАННЯ З ДИСЦИПЛІНИ
«ТЕПЛОВІ, ГІДРАВЛІЧНІ ТА АЕРОДИНАМІЧНІ ПРОЦЕСИ
В ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИНАХ»
для студентів спеціальності 7.050702
«Електричні машини і апарати»
денної та заочної форм навчання
Затверджено
редакційно-видавничою радою
НТУ «ХПІ»,
протокол №2 від 06.12.12.
Харків
НТУ «ХПІ»
2013
![Page 2: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Тепловий розрахунок асинхронного двигуна закритого виконання, що
обдувається, з короткозамкненим ротором. Методичні вказівки до розрахун-
ково-графічного завдання з дисципліни «Теплові, гідравлічні та аеро-
динамічні процеси в електричних машинах» для студентів спеціальності
7.050702 «Електричні машини і апарати» денної та заочної форм навчання /
уклад. Галайко Л.П., Гаєвська Н.О. Х. : НТУ «ХПІ», 2012. 30 с.
Укладачі: Л.П. Галайко
Н.О. Гаєвська
Рецензент А.Г. Мірошниченко
Кафедра електричних машин
![Page 3: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/3.jpg)
3
ВСТУП
Допустимі температури активних частин належать до числа важливих
факторів, що обмежують потужність електричних машин і впливають на під-
вищення їх надійності та досягнення найбільшої одиничної потужності. Тому
теплові розрахунки електричних машин є невід’ємною частиною їх проекту-
вання. А фахівець у галузі розробки та виготовлення електричних машин по-
винен володіти усіма відомими методами теплових розрахунків, уміти аналі-
зувати їх переваги і недоліки та вибирати оптимальний метод для кожного
конкретного випадку.
У теперішній час набувають поширення комп’ютерні технології проек-
тування. Застосовуються пакети прикладних програм, кількість яких невпин-
но зростає. Але в області теплових розрахунків вони ще не набули широкого
розповсюдження в інженерній практиці.
Найчастіше використовують метод еквівалентних теплових схем замі-
щення. Цей метод пройшов значну апробацію як у наукових дослідженнях,
так і в інженерній практиці. Метод базується на великій кількості дослідних
даних, оброблених за допомогою теорії подібності. Результати теплових ро-
зрахунків методом еквівалентних теплових схем заміщення мають високий
ступінь достовірності, перш за все, для електричних машин типових конс-
трукцій.
Для теплових розрахунків нових електричних машин, конструкція яких
суттєво відрізняється від типових, краще використовувати сучасні пакети
прикладних програм (наприклад ANSYS, COMSOL), які дозволяють прово-
дити розрахунок тривимірного температурного поля, а також поєднувати те-
пловий та вентиляційний розрахунки. Очевидно, такі розрахунки потребують
комп’ютерної техніки з великими можливостями.
У даному завданні необхідно виконати тепловий розрахунок асинхрон-
ного двигуна типової конструкції, для цього застосовують метод еквівалент-
них теплових схем заміщення.
![Page 4: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/4.jpg)
4
1. ЗМІСТ РОЗРАХУНКОВОГО ЗАВДАННЯ
Виконати тепловий розрахунок асинхронного двигуна (АД) закритого
виконання, що обдувається, з короткозамкненим ротором методом еквівален-
тних теплових схем (ТС) заміщення.
Перелік необхідних вхідних даних до розрахунку наведено в підрозді-
лі 3.1. Конкретні значення даних студент отримує при виконанні випускного
проекту бакалавра.
Необхідно виконати наступне:
1) ознайомитись з ТС даного типу АД (дивись [1] та розділ 2);
2) розрахувати потужності джерел тепловиділення;
3) розрахувати теплові опори ТС;
4) розрахувати перевищення температури у вузлах ТС;
5) виконати порівняння перевищення температури обмотки статора по
методу ТС та по методу, застосованому у дипломному проекті бакалавра.
![Page 5: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/5.jpg)
5
2. ОПИС ТЕПЛОВОЇ СХЕМИ ЗАМІЩЕННЯ АД
2.1. Опис повної теплової схеми заміщення АД
На рис. 2.1 наведено усі теплові зв’язки в двигуні, які доцільно врахо-
вувати під час попереднього розгляду задачі до внесення спрощень в ТС.
Елементи двигуна, які мають власні джерела тепловиділення, позначені кру-
жками з буквами, елементи конструкції без цих джерел − точками з цифрами,
відгалуження схеми − точками без цифр.
Пазова частина обмотки статора s віддає теплоту зубцям ts і спинці ys
осердя; до зубців також надходить через повітряний проміжок теплота від
ротора r. З’єднавшись зі втратами в зубцях Рts і спинці осердя Рys, тепловий
потік надходить до середньої ділянки станини 3. Паралельно цьому теплота
надходить від лобових частин sh' і sh" до навколишнього повітря air i' та
air i".Сюди ж надходять теплові потоки від короткозамкнених кілець ротора
r' та r". Джерела теплоти 'air iP та ' '
air iP складаються з вентиляційних втрат по-
тужності, які створюються лопатками ротора. Теплота від повітря передаєть-
ся крайнім ділянкам станини 4 і 2 та підшипниковим щитам 5 і 1, до яких та-
кож надходять теплові потоки від втрат у підшипниках bear.
Істотну роль у загальному процесі відіграють теплові потоки, що про-
ходять уздовж провідників обмоток статора і ротора. В обмотці статора вони
зазвичай спрямовані від лобових частин до пазової, в обмотці ротора − на-
впаки. Завдяки цим потокам теплота перерозподіляється між центральним
шляхом тепловідведення (r−3) і бічними шляхами від r' і r'' до 4, 5, 2, 1, і від-
бувається деяке вирівнювання температур.
Короткозамкнена обмотка ротора не ізольована від осердя, тому тепло-
вим опором між ними можна знехтувати і втрати в обмотці та зубцях врахо-
вувати спільними.
Усі теплові потоки від джерел теплоти, що знаходяться всередині кор-
пуса машини, віддаються навколишньому повітрю з його поверхні. Основна
частина теплоти знімається повітряним потоком зовнішнього обдування зі
щитів і обребреної станини. На ТС (рис. 2.1) це показано опорами із стрілка-
ми, що відходять від точок 1−5.
Найкращі умови тепловідведення мають місце на початковій ділянці
обдування, де повітря ще не нагріте теплотою, що знімається, має максима-
льну швидкість і високий рівень турбулентності. На шляху повітряного пото-
ку до кінця станини знижується його швидкість унаслідок розсіювання, зме-
ншується рівень турбулентності, що призводить до підвищення температури
![Page 6: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/6.jpg)
6
охолоджуваної поверхні і «перекосу» кривих розподілу температури довжи-
ною двигуна.
Рисунок 2.1 Розріз короткозамкненого асинхронного двигуна закритого
виконання, що обдувається, і його повна теплова схема
Теплопровідність корпуса створює умови для вирівнювання його тем-
ператури за рахунок перерозподілу в ньому теплових потоків, які поступають
зсередини до вузлів 1−5 теплової схеми, що враховується за допомогою теп-
лової провідності, яка включена між цими вузлами.
2.2. Опис спрощеної теплової схеми заміщення АД
На рис. 2.2 наведена си-
метрована схема АД без внут-
рішнього контуру циркуляції
повітря. У загальний вузол cor
об’єднані усі вузли корпусу, і у
вузол Fes − зубці та спинка ста-
тора.
Симетрування − це об’єд-
нання правої і лівої сторін теп-
лової схеми. Це можливо не
лише за симетричних умов охо-
лодження, але й при помітно
вираженій несиметрії, так як
похибка розрахунку середньої
температури, що виникає при
цьому, в машинах малої і сере-
Рисунок 2.2 Симетрована
схема АД
![Page 7: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/7.jpg)
7
дньої потужності не більше 5% і може компенсуватися деяким збільшенням
опорів схеми. При симетруванні ТС лобові частини ліворуч і праворуч
об’єднуються в один елемент з сумарними втратами. Попарно об’єднуються
щити (вузли 5 і 1), крайні ділянки станини (4 і 2), об’єми внутрішнього пові-
тря (air i' та air i") (рис.2.1). Вважається також, що температура об’єднаного
вузла дорівнює середньоарифметичній від температур початкових вузлів.
Метою розрахунку спрощених ТС є визначення середньої температури
обмотки статора. Температура короткозамкненого ротора має невелику інфо-
рмаційну цінність, тому усі три вузли r, r', r" об’єднуються в один. Похибки,
що виникають при цьому, відносяться, в основному, до температури ротора.
![Page 8: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/8.jpg)
8
3. ОПИС МЕТОДИКИ ТЕПЛОВОГО РОЗРАХУНКУ
3.1. Вхідні дані для розрахунку
Вхідні дані для розрахунку з використанням спрощеної ТС наведені в
таблиці 3.1. Розміри, необхідні для розрахунку, вказані на рисунках 3.1−3.4.
Таблиця 3.1 – Перелік вхідних даних для розрахунку
Назва вихідного параметра Позначення
параметра
Внутрішній діаметр осердя статора, м sd
Зовнішній діаметр осердя ротора, м rd
Довжина повітряного проміжку, м
Зовнішній діаметр осердя статора, м sed
Довжина осердя статора, м sl
Довжина однієї лобової частини котушки, м fhl
Довжина вильоту лобової частини обмотки, м fsl
Кількість пазів статора, од. sQ
Висота паза статора, м sh
Висота паза статора без шліца, м scuh
Менша ширина паза, м 2sb
Більша ширина паза, м 3sb
Ширина зубця статора, м tsb
Висота спинки статора, м ysh
Діаметр ізольованого дроту, м scisd
Діаметр неізольованого дроту, м scd
Кількість ефективних провідників у пазі, од. Qsz
![Page 9: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Продовження таблиці 3.1
Товщина корпусної ізоляції, м is frb
Висота клина, м wh
Довжина лопаток, м blb
Довжина кільця, м fhrl
Висота лопаток, м blh
Висота кільця, м fhrh
Кількість лопаток, од. bln
Номінальна частота обертання, об/хв Nn
Кількість пар полюсів, од. p
Зовнішній діаметр корпусу, м cord
Довжина корпусу, м corl
Довжина ребер, м l
Висота ребер, м h
Кількість ребер, од. N
Товщина ребер, м b
Ширина міжреберного каналу, м kb
Товщина щита, м shh
Зовнішній діаметр вентилятора, м vent ed
Зовнішній діаметр машини, м hed
Електричні втрати в обмотці статора, Вт elsP
Електричні втрати в обмотці ротора, Вт elrP
Магнітні втрати в осерді статора, Вт magsP
Механічні втрати, Вт mechP
Додаткові втрати, Вт adP
![Page 10: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Рисунок 3.1 Розміри короткозамкненого асинхронного двигуна
для теплового розрахунку
Рисунок 3.2 Розміри паза статора
Рисунок 3.3 Розміри короткозамикаючих
кілець ротора
Рисунок 3.4 Розміри міжреберних каналів станини
![Page 11: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/11.jpg)
3.2. Розрахунок потужності джерел теплоти
Втрати в лобових частинах, Вт,
.1
fhs
fhels
ll
lPP
(1)
Втрати в пазовій частині, Вт,
.12 PPP els (2)
Втрати в осерді статора, Вт,
.5,03 addmags PkPP (3)
Втрати в роторі, Вт,
.5,05 addelr PkPP (4)
Втрати у внутрішньому повітрі та корпусі, Вт,
.4
64mechP
PP (5)
Сумарні втрати, Вт,
;mechaddmagselrels PPkPPPP (6)
6
1
0,5i mechi
P P P
, (7)
де kd – коефіцієнт додаткових втрат, який враховує відношення реальних до-
даткових втрат у короткозамкнених двигунах до стандартних (0,5% від Рin, де
Рin – вхідна потужність). Якщо номінальна потужність РN < 30 кВт та кіль-
кість пар полюсів р = 1 або р = 4, тоді kd = 6. Якщо РN < 30 кВт та кількість
пар полюсів р = 2, тоді kd = 4. Якщо РN < 30 кВт та кількість пар полюсів р =
3, тоді kd = 5.
3.3. Розрахунок тепловіддачі корпуса та його температури
Окружна швидкість вентилятора, м/с,
.60
vent Nvent
d n (8)
Середня швидкість повітряного потоку при вході в міжреберні канали, м/с,
.45,0 vent (9)
Витрати повітря в системі зовнішнього обдування, м3/с,
.4
22corhe ddQ (10)
Підігрів повітря при зовнішньому обдуванні, °С,
.
1100
7,0
Q
P (11)
![Page 12: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Ефективна швидкість обдування станини на вхідній ділянці потоку, м/с,
.5,0 22
venteff (12)
Еквівалентний гідравлічний діаметр міжреберного каналу, м,
4.
2
k
h
k
b hd
h b
(13)
Середня розрахункова температура охолоджувального потоку, °С,
,5,00 m (14)
де 0 температура зовнішнього повітря, 0 = 40 °С.
Кінематичну в’язкість повітря νair, м2/с, і коефіцієнт теплопровідності
λair, Вт/(м·°С), визначаємо з таблиці А1 для температури m .
Число Рейнольдса
.Reair
heff
eff
d
(15)
Число Нусельта на вхідній ділянці визначаємо за формулою (3.43) [2] :
.Re626,0Nu 522,0effin (16)
Коефіцієнт тепловіддачі (КТВ) на вхідній ділянці, Вт/(м2·°С),
.Nu
h
airinin
d
(17)
Коефіцієнт зменшення КТВ за довжиною станини
.24
6
cos036,004,0
h
cor
d
d
(18)
Середній КТВ станини, Вт/(м2 ·
°С),
.1
cor
d
l
hincorl
ed
h
cor
(19)
Коефіцієнт тепловіддачі підшипникових щитів з боку вентилятора й при-
воду відповідно визначаємо за експериментальними формулами, Вт/(м2 ·
°С),
;3,1420 6,01 ventsh (20)
.6,220 9,02 ventsh
![Page 13: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Площа поверхні станини без ребер, м2,
.corcorcor ldS (21)
Площа поверхні ребер, м2,
.2 lhNS (22)
Коефіцієнт поля
,
2
cor
cor
bhmh
(23)
де cor теплопровідність корпуса [1], для алюмінієвого сплаву АК10 cor =
118 Вт/(м · °С).
Коефіцієнт ефективності ребра
2
1 21 .
1eff mh
kmh e
(24)
Площа поверхні підшипникового щита, м2,
.8,025,0 shcorcorsh hddS (25)
Загальний тепловий опір між корпусом та охолоджувальним потоком, К/Вт,
60
1 2
1.th
cor eff cor sh sh sh
RS k S S
(26)
Перевищення температури корпуса, ˚С,
.5,06
1606
iith PR (27)
3.4. Розрахунок внутрішніх теплових опорів схеми заміщення
Тепловий опір між лобовою та пазовою частинами обмотки статора, К/Вт,
12Cu Cu
,12
s fhth
l lR
S
(28)
де λCu – КТП міді, λCu = 390 Вт/(м˚С), SCu – площа перерізу провідників обмо-
тки, м2,
2
4 scQssCu dzQS . (29)
Розраховуємо тепловий опір між обмоткою і сталлю статора.
Периметр зіткнення обмотки зі стінками паза, м,
friswss bhbh 622 3 . (30)
![Page 14: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Тепловий опір пазової ізоляції з урахуванням проміжку від розшихтов-
ки (0,2 мм), К/Вт,
31 0,2 10
0,03 0,03 2
is frthpi
s s pi f p p
bR
Q l k k
, (31)
де коефіцієнти теплопровідності пазової ізоляції класу F λpi=0,14 Вт/(мК),
просочувального лака λf = 0,14 Вт/(мК); kp – коефіцієнт просочення, прийма-
ємо для вакуумного просочення лаком kp = 0,9.
Еквівалентний КТП обмотки з круглого проводу, Вт/(м ˚С),
}115,1181,01{17,022
pisscissceq kdd . (32)
Коефіцієнт форми паза, що характеризує двовимірне температурне по-
ле (розміри в мм)
)4(
)(
2
32
ss
ss
bh
bb
. (33)
Тепловий опір ізоляції провідників в пазу, К/Вт,
eqss
thpeqlQ
R
6
)5,01(. (34)
Тепловий опір між обмоткою і сталлю статора, К/Вт,
thpeqthpith RRR 23 . (35)
Розраховуємо тепловий опір між осердям статора і станиною.
Тепловий опір зубців на половину висоти, К/Вт,
Fe Fe2
sthz
s ts s
hR
Q b l k
, (36)
де Fe теплопровідність сталі, приймаємо рівною 31 Вт/(м ˚С).
Тепловий опір ярма, К/Вт,
Fe Fe3,14 ( )
ysthys
se ys s
hR
d h l k
. (37)
Тепловий опір проміжку між статором і станиною, К/Вт,
sse
seth
ld
dR
)31(105,4 4
. (38)
Тепловий опір між осердям статора і станиною, К/Вт,
ththysthzth RRRR 36 . (39)
![Page 15: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Розраховуємо тепловий опір між лобовими частинами і внутрішнім повіт-
рям. Площа поверхні тепловіддачі лобових частин, м2,
14 1,4 ,fh fs s scu s s s tsS l d h k Q h b (40)
де ks = 0,05; 0,09; 0,1; 0,11 для 2, 4, 6, 8-полюсних двигунів відповідно.
Окружна швидкість ротора, м/c,
60/Nrr ndv . (41)
Коефіцієнт тепловіддачі лобових частин, Вт/(м2 ·˚С),
se
rrfh
d
dv8,0
1913 . (41)
З урахуванням опору ізоляції проводів тепловий опір між лобовими ча-
стинами та внутрішнім повітрям визначаємо за формулою, К/Вт,
fh
sthpeq
fhfh
thlp
lR
SR
5,1114 . (42)
Розраховуємо тепловий опір між внутрішнім повітрям та корпусом. Ві-
льна площа внутрішньої поверхні корпуса, м2,
2
seshscorsecor
dhlldS . (43)
Коефіцієнт тепловіддачі повітря – корпус, Вт/(м2 ·˚С),
fhcori 8,0 . (44)
Тепловий опір між внутрішнім повітрям та корпусом, К/Вт,
corcori
thS
R
1
46 . (45)
Розраховуємо тепловий опір повітряного проміжку між ротором і статором.
Коефіцієнт тепловіддачі для ламінарного режиму течії, Вт/(м2 ·˚С),
2109,3lam , (46)
Коефіцієнт тепловіддачі для турбулентного режиму течії, Вт/(м2·˚С),
482,1
r
rtur
d
v
. (48)
Із двох отриманих значень КТВ обираємо більше значення αδ.
Розраховуємо тепловий опір повітряного проміжку між ротором і ста-
тором
sr
thld
R
135 . (49)
![Page 16: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Розраховуємо тепловий опір між торцями ротора і внутрішнім повіт-
рям.
Поверхня тепловіддачі короткозамикаючих кілець і лопаток, м2,
blblblfhrfhrfhrrr bhnhlhdS 422 . (50)
Коефіцієнт тепловіддачі торців ротора, Вт/(м2·˚С),
2,0
8,0118
r
rr
d
v. (51)
Тепловий опір між торцями і внутрішнім повітрям, К/Вт,
rr
thS
R
1
45 . (52)
3.5 Розрахунок теплової схеми та перевищень температур в її вуз-
лах
Шляхом перетворення теплової схеми з використанням методик пере-
творення, наведених в роботі [1], одержано наступні формули для розрахун-
ку:
231213 ththth RRR ; (53)
141224 ththth RRR ; (54)
2324131434' ththththth RRRRR ; (55)
453534" ththth RRR ; (56)
3434
343434
"'
"'
thth
ththth
RR
RRR
; (57)
34
455
34
14124233
"''
th
th
th
thth
R
RP
R
RPRPPP
; (58)
34
355
34
14123244
"''
th
th
th
thth
R
RP
R
RPRPPP
; (59)
3633 '' thRP ; (60)
4644 '' thRP ; (61)
344636 thththth RRRR ; (62)
Перевищення температури осердя статора, °С,
6
364344633
''
th
ththth
R
RRR. (63)
![Page 17: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Перевищення температури внутрішнього повітря, °С,
6
463343644
''
th
ththth
R
RRR. (64)
Розрахунок перевищень температури обмотки статора, °С,
41411' thRP ; (65)
32322' thRP . (66)
Перевищення температури лобової частини обмотки статора, °С,
34
1421311
'
''
th
thth
R
RR . (67)
Перевищення температури пазової частини обмотки статора, °С,
34
2312422
'
''
th
thth
R
RR . (68)
Середнє перевищення температури обмотки статора, °С,
2 1
Cu
s fh
s fh
l l
l l
. (69)
Перевищення температури ротора, °С,
34
354553544535
"th
ththththr
R
RRPRR . (70)
3.6. Порівняння значень середнього перевищення температури об-
мотки статора за формулою (69) та за методикою з дипломного проекту
бакалавра.
Значення середнього перевищення температури за формулою (69) та
значення середнього перевищення температури за методикою з дипломного
проекту бакалавра заносимо до табл. 3.2.
Таблиця 3.2. – Середні перевищення температури обмотки статора
За формулою (69) За методикою з дипломного проекту
Висновки: Середнє перевищення температури обмотки статора за фо-
рмулою (69) повинно бути меншим, ніж отримане за методикою розрахунку з
дипломного проекту. Різниця результатів обумовлена більш високою точніс-
тю методу теплових схем заміщення. Ця методика дозволяє отримувати ре-
зультати більш наближені до експериментальних. Недоліком методики є бі-
льший об’єм розрахунків.
![Page 18: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/18.jpg)
18
4. ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ
Для прикладу розрахунку був прийнятий асинхронний двигун зі ступе-
нем захисту від впливу зовнішнього середовища ІР44 та за типом охоло-
дження ІС0141 потужністю 5 кВт і частотою обертання 960 об./хв. Вхідні да-
ні до розрахунку наведені в таблиці 4.1.
Таблиця 4.1 – Вхідні дані для розрахунку
Назва вихідного параметра Позначення
параметра
Значення
параметра
Внутрішній діаметр осердя статора, м sd 0,134
Зовнішній діаметр осердя ротора, м rd 0,1334
Довжина повітряного проміжку, м 0,0003
Зовнішній діаметр осердя статора, м sed 0,191
Довжина осердя статора, м sl 0,15
Довжина однієї лобової частини котушки, м fhl 0,1376
Довжина вильоту лобової частини обмотки, м fsl 0,048
Кількість пазів статора, од. sQ 54
Висота паза статора, м sh 0,0143
Висота паза статора без шліца, м scuh 0,0138
Менша ширина паза, м s2b 0,00392
Більша ширина паза, м s3b 0,00548
Ширина зубця статора, м tsb 0,00397
Висота спинки статора, м ysh 0,0142
Діаметр ізольованого дроту, м scisd 0,00128
Діаметр неізольованого дроту, м scd 0,0012
Кількість ефективних провідників у пазі, од. Qsz 19
![Page 19: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Продовження таблиці 4.1
Товщина корпусної ізоляції, м is frb 0,00025
Висота клина, м Wh 0,00087
Довжина лопаток, м blb 0,035
Довжина кільця, м fhrl 0,007
Висота лопаток, м blh 0,02
Висота кільця, м fhrh 0,03
Кількість лопаток, од bln 10
Номінальна частота обертання, об./хв Nn 966
Кількість пар полюсів, од. p 3
Зовнішній діаметр корпуса, м cord 0,21
Довжина корпуса, м corl 0,25
Довжина ребер, м l 0,215
Висота ребер, м h 0,0207
Кількість ребер, од. N 32
Товщина ребер, м b 0,0033
Ширина міжреберного каналу, м kb 0,0155
Товщина щита, м shh 0,02
Зовнішній діаметр вентилятора, м vent ed 0,199
Зовнішній діаметр машини, м hed 0,26
Електричні втрати в обмотці статора, Вт elsP 539
Електричні втрати в обмотці ротора, Вт elrP 151,3
Магнітні втрати в осерді статора, Вт magsP 167
Механічні втрати, Вт mechP 13,3
Додаткові втрати, Вт adP 25
![Page 20: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Результати розрахунку зведено до табл. 4.2.
Таблиця 4.2 – Результати теплового розрахунку асинхронного двигуна
№
форму-
ли
Розрахункова формула Результат
(1) 1376,015,0
1376,05391
fhs
fhels
ll
lPP
257,88
Вт
(2) 88,25753912 PPP els 281,12 Вт
(3) 2555,01675,03 addmags PkPP
kd = 5 223,5 Вт
(4) 2555,03,1515,05 addelr PkPP 213,8 Вт
(5) 4
3,13
464 mechP
PP 3,33 Вт
(6) 1673,151539mechaddmagselrels PPkPPPP
3,13255 995,6 Вт
(7) 6
1
0,5 995,6 0,5 13,3i mechi
P P P
988,95 Вт
(8) 60
960199,014,3
60
Nvent
vent
nd 10 м/с
(9) 1045,045,0 vent 4,5 м/с
(10) 2222 21,026,04/14,35,44/ corhe ddQ 0,083 м3/с
(11) 083,01100
6,9957,0
1100
7,0
Q
P 7,6 °С
(12) 22225,4105,05,0 venteff 6,73 м/с
(13)
0155,00207,02
0207,00155,04
2
4
k
kh
bh
hbd 0,0226 м
(14) 6,75,0405,00 m
0 = 40 43,8 °С
(15) 61034,17
0226,073,6Re
air
heff
eff
d
νair = 17,34·610 м
2/с
8748,08
(16) 522,0522,0 08,8748626,0Re626,0Nu effin 71,49
![Page 21: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Продовження таблиці 4.2
(17) 0226,0
1079,249,71Nu 2
h
airinin
d
21079,2 air Вт/(м ·˚С)
88,4
Вт/(м2·°С)
(18)
04,024
6
cos036,004,0h
cor
d
d
24
60226,0
21,0
cos036,0
21027,7
(19)
0226,04,881
cor
d
l
hincorl
ed
h
cor
27,27 10 0,25
0,0226
2
1
7,27 10 0,25
e
60,7
Вт/(м2·°С)
(20) 6,06,0
1 103,14203,1420 ventsh 76,9
Вт/(м2·°С)
(20) 9,09,0
2 106,2206,220 ventsh 40,6
Вт/(м2·°С)
(21) 25,021,014,3 corcorcor ldS 0,165 м2
(22) 215,00207,03222 lhNS 0,285 м2
(23) 1180033,0
7,6020207,0
2
cor
cor
bhmh
cor = 118 Вт/(м ·˚С)
0,366
(24)
1
21
366,0
1
1
21
1366,022 eemh
kmheff 0,958
(25) shcorcorsh hddS 8,025,0
02,08,021,025,021,014,3 0,0452 м
2
![Page 22: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Продовження таблиці 4.2
(26)
60
1 2
1th
cor eff cor sh sh sh
RS k S S
6,409,760452,07,60285,0958,0165,0
1
0,0314 К/Вт
(27) 6,75,095,9880314,05,06
1606
iith PR 34,8 °С
(28) 12 3
Cu Cu
0,15 0,1376
12 12 390 1,16 10
s fhth
l lR
S
, λCu = 390 Вт/(м ·˚С)
0,053 К/Вт
(29) 2 2Cu
3,1454 19 0,00124 4s Qs scS Q z d 31016,1 м
2
(30) 00548,00143,02622 3 friswss bhbh
00025,0600087,02 0,0308 м
(31)
31 0,2 10
0,03 0,03 2
is fr
thpis s pi f p p
bR
Q l k k
9,029,003,014,003,0
102,0
15,0
00025,0
15,0540308,0
1 3
λpi = 0,14 Вт/(м К); λf = 0,14 Вт/(м К); kp=0,9
0,0129 К/Вт
(32) }115,1181,01{17,0
22pisscissceq kdd
}9,0115,1100128,000128,081,01{17,022
0,17
Вт/(м ·°С)
(33) )00392,00143,04(
)00548,000392,0(
)4(
)(
2
32
ss
ss
bh
bb 0,18
(34) 17,015,0546
)18,05,01(18,0
6
)5,01(
eqss
thpeqlQ
R 0,0194 К/Вт
(35) 0194,00129,023 thpeqthpith RRR 0,0323 К/Вт
(36) Fe Fe
0,0143
2 2 54 0,00397 0,15 0,97 31
sthz
s ts s
hR
Q b l k
Fe = 31 Вт/(м ·˚С)
0,0074 К/Вт
![Page 23: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Продовження таблиці 4.2
(37) Fe Fe3,14 ( )
ysthys
se ys s
hR
d h l k
3197,015,0)0142,0191,0(14,3
0142,0
0,0057
К/Вт
(38) 15,0191,014,3
)191,031(105,4)31(105,4 44
sse
seth
ld
dR
0,0079
К/Вт
(39) 0079,00057,00074,036 ththysthzth RRRR 0,021 К/Вт
(40) tssssscusfsfh bhQkhdlS 4,114
00397,00143,0541,00138,04,1134,0048,014 0,141 м
2
(41) 60/9601334,014,360/ Nrr ndv 6,70 м/с
(42)
191,0
1334,07,61913
1913
8,08,0
se
rrfh
d
dv
104,0
Вт/(м2 ·°С)
(43) 14
1,51 1 1,5 0,0194 0,15
104 0,141 3 0,1376
thpeq sth
fh fh fh
R lR
S p l
0,0791
К/Вт
(44)
191,014,3
2
seshscorsecor
dhlldS
2
191,002,015,025,0
0,129 м2
(45) 1048,08,0 fhcori 83,2
Вт/(м2 ·°С)
(46) 129,02,83
1146
corcori
thS
R 0,093 К/Вт
(47) 0003,0
109,3109,3 22
lam
130,0
Вт/(м2 ·°С)
(48) 44 1334,00003,0
7,682,182,1
r
rtur
d
v
59,24
Вт/(м2·°С)
− найбільше значення між lam та tur 130,0
Вт/(м2 ·°С)
(49) 15,01334,014,3130
1135
sr
thld
R 0,122 К/Вт
(50) blblblfhrfhrfhrrr bhnhlhdS 422
035,002,010403,0007,0203,01334,014,32 0,0566 м
2
![Page 24: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Продовження таблиці 4.2
(51)
2,0
8,0
2,0
8,0
1334,0
7,6118
118
r
rr
d
v
83,39
Вт/(м2·°С)
(52) 0566,039,83
1145
rr
thS
R 0,212 К/Вт
(53) 0323,0053,0231213 ththth RRR 0,0853
К/Вт
(54) 0791,0053,0141224 ththth RRR 0,1321
К/Вт
(55) 08530079102324131434 ,,RRRR'R ththththth
0,1644
К/Вт
(56) 212,0122,0" 453534 ththth RRR 0,334 К/Вт
(57) 334,01644,0
334,01644,0
"'
"'
3434
343434
thth
ththth
RR
RRR
0,1102
К/Вт
(58)
34
455
34
14124233
"''
th
th
th
thth
R
RP
R
RPRPPP
334,0
212,08,213
1644,0
0791,088,2571231,012,2815,229
714,83 Вт
(59)
34
355
34
14123244
"''
th
th
th
thth
R
RP
R
RPRPPP
334,0
122,08,213
1644,0
0791,088,2570323,012,28133,3
260,94 Вт
(60) 021,083,714'' 3633 thRP 15,0 °С
(61) 093,094,260'' 4644 thRP 24,3 °С
(62) 1102,0093,0021,0344636 thththth RRRR 0,2242
К/Вт
(63)
636434463
3
''
th
ththth
R
RRR
8,34
2242,0
021,03,241102,0093,015
50,7 °С
(64)
646334364
4
''
th
ththth
R
RRR
8,34
2242,0
093,03,241102,0021,03,24
55,2 °С
![Page 25: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Закінчення таблиці 4.2
(65) 2,550791,088,257' 41411 thRP 75,6 °С
(66) 7,500323,012,281' 32322 thRP 59,8 °С
(67)
1644,0
0791,08,590853,06,75
'
''
34
1421311
th
thth
R
RR 68,0 °С
(68)
1644,0
0323,06,751231,08,59
'
''
34
2312422
th
thth
R
RR
62,9 °С
(69)
1376,015,0
1376,06815,09,6212
Cu
fhs
fhs
ll
ll 65,3 °С
(70)
34
354553544535
"th
ththththr
R
RRPRR
334,0
122,0212,08,213122,02,55212,07,50
68,9 °С
Таблиця 3.2 – Середнє перевищення температури обмотки статора
За формулою (69) За методикою з дипломного проекту
65,3 °С 82,0 °С
Висновки: В результаті розрахунку отримано середнє перевищення
температури обмотки статора за формулою (69 меншим, ніж отримане за ме-
тодикою розрахунку з дипломного проекту. Різниця результатів обумовлена
більш високою точністю методу теплових схем заміщення.
![Page 26: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/26.jpg)
26
ЛІТЕРАТУРА
1. Сипайлов Г.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические рас-
четы в электрических машинах / Г.А. Сипайлов, Д.И. Санников, В.А. Жадан
М. : Высш. шк., 1989. 239 с.
2. Борисенко А.И. Охлаждение промышленных электрических машин /
А.И. Борисенко, О.Н. Костиков, А.И. Яковлев М. : Энергия, 1986. 560 с.
![Page 27: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/27.jpg)
Додаток А
Таблиця А1 – Теплофізичні властивості повітря
Температура, °С Кінематична в’язкість
νair·106, м
2/с
Коефіцієнт теплопровід-
ності λair·102, Вт/(м·°С)
– 20 11,56 2,28
0 13,28 2,44
20 15,06 2,59
40 16,96 2,76
60 18,97 2,90
80 21,09 3,05
![Page 28: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Зміст
Вступ 3
1. Зміст розрахункового завдання 4
2. Опис теплової схеми заміщення АД 5
2.1. Опис повної теплової схеми заміщення АД 5
2.2. Опис спрощеної теплової схеми заміщення АД 7
3. Опис методики теплового розрахунку 8
3.1. Вхідні дані для розрахунку 8
3.2. Розрахунок потужності джерел теплоти 11
3.3. Розрахунок тепловіддачі корпуса та його температури 11
3.4. Розрахунок внутрішніх теплових опорів схеми заміщення 14
3.5. Розрахунок теплової схеми та перевищень температур у її
вузлах 17
3.6. Порівняння значень середнього перевищення температури
обмотки статора за формулою (69) та за методикою з дипломного
проекту бакалавра 18
4. Приклад розрахунку 19
Література 27
Додаток А 28
![Page 29: МІНІСТЕРСТВО - web.kpi.kharkov.uaweb.kpi.kharkov.ua/elmash/wp-content/uploads/sites/108/2017/04/... · 3 ВСТУП Допустимі температури активних](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040809/5e4ec7dbe78c9953ba6812bd/html5/thumbnails/29.jpg)
Навчальне видання
Тепловий розрахунок асинхронного двигуна закритого виконання,
що обдувається, з короткозамкненим ротором
Методичні вказівки до розрахунково-графічного завдання
з дисципліни «Теплові, гідравлічні і аеродинамічні процеси
в електричних машинах»
для студентів спеціальності 7.050702
«Електричні машини і апарати»
денної та заочної форм навчання
Укладачі: ГАЛАЙКО Лідія Петрівна
ГАЄВСЬКА Наталія Олександрівна
Роботу до видання рекомендував В.І. Мілих
Редактор Ю.І. Гуренко
План 2013 р., поз. 28
Підп. до друку 13 Формат 60х84 1/16 Папір офсетний.
Riso-друк. Гарнітура Таймс. Ум. друк. арк. Наклад 60 прим. Зам. №
Ціна договірна.
_____________________________________________________________________________
Видавець і виготовлювач
Видавничий центр НТУ «ХПІ»
вул. Фрунзе, 21, Харків - 2, 61002
Свідоцтво про державну реєстрацію ДК № 3657 від 24.12.2009 р.