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

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

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.

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.

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

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

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.

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

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

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

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)

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

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)

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)

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)

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)

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.

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

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

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

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

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

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

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

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.

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.

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

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

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.