Расчет перегрева обмотки статора при проектировании оптимального асинхронного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Том 212

1971

РАСЧЕТ ПЕРЕГРЕВА ОБМОТКИ СТАТОРА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОПТИМАЛЬНОГО АСИНХРОННОГО

ДВИГАТЕЛЯ

Д. И. Санников, В. А. Жадан

(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин

и общей электротехники)

При проектировании оптимального асинхронного двигателя с использованием ЭЦВМ превышение температуры обмотки статора, являющееся одним из лимитеров, обычно определяется по распространенной формуле

> (О

где Ргр — гоеющие потери,

площадь поверхности активной части,

и 1 — наружный диаметр и длина статора,

а0 — условный коэффициент теплоотдачи, равный плотности теплового потока через единицу поверхности отнесенной к одному градусу среднего перегрева обмотки статора. Формула (1) и коэффициент а0, строго говоря, не соответствуют физической картине теплоотвода от двигателя, однако относительная стабильность а0 при изменении размеров и потерь двигателя в обычных пределах позволяет выбирать его значение на основании опытных данных по нагреву существующих машин и пользоваться формулой (1) для расчета нагрева вновь проектируемых двигателей.

Однако изменение параметров системы охлаждения в новом двигателе существенно влияет на коэффициент ао. Поэтому для возможности проектирования необходим расчетный метод определения ао с учетом этих изменений до испытаний опытного образца нового двигателя.

На основании (1)

а°= еЧ • (3)

В закрытых обдуваемых асинхронных двигателях перегрев обмог-ки складывается из перепадов температуры на участках, через которые последовательно проходит тепловой поток от обмотки к окружающему воздуху. Тепловое сопротивление этого пути можно разделить на внешнее, зависящее от условий охлаждения оболочки, и внутреннее, не зависящее. На основании обычной методики теплового расчета выражение (3) приводится к виду

- = тгЬг' (4)

10. Зак. 4917. 145

где р! и р2 соответственно внешнее и внутреннее удельные тепловые сопротивления

Р1 = / 1 + - , (о)

Р!= I 1 4- С'

21

кдРд + кР р|+ + км ри + рм

I + I.

(6)

Здесь сее — коэффициент теплоотдачи корпуса;

Со и С, — параметры, зависящие от конструкции корпуса;

дст — относительное увеличение сопротивления за счет неравномерности нагрева станины, составляющее в среднем 7%

кд = р-^- , кР — , км = рМ1 • (7)

ггр *гр *гр

Здесь Рд и Рр — тепловые потоки через стык между статором и станиной и через сердечник статора.

Рм1 — потери в обмотке статора. Греющие потери Ргр в данной методике для закрытых двигателей принимаются равными суммарным потерям без 2/3 механических потерь, причем добавочные потери берутся равными 2% от потребляемой мощности.

р.д,рз, рг, ри, рм — удельные тепловые сопротивления стыка статора со станиной, спинки, зубцов статора, изоляции обмотка в пазовой части и проводников обмотки в продольном направлении; общее выражение

р = 1ЫУ, (8)

К — тепловое сопротивление соответствующего участка согласно методике теплового расчета.

При проектировании двигателя первоначально выбирается наружный диаметр статора а длина 1 и остальные размеры активной части определяются в ходе проектирования. Поэтому зная Dj и приблизительно определив длину вылета лобовых частей, можно до начала электромагнитного расчета разработать конструкцию корпуса и определить те из размеров станины, которые не зависят от /, а также размеры подшипникового щита:

Dcт — наружный диаметр станины по основанию ребер,

и Ир'— число нормальных и укороченных ребер с высотой

соответственно Ьр и

Ь0 и ЬСр — ширина ребер у основания и посредине высоты,

N11 и N,1 — число продольных приливов на станине и лап, — вылет щита,

Д/=Ьст—/р —■ выбирается в зависимости от вылета лобовых частей, пока длина станины Ьст и статора I неизвестны,

д/р = Ьст—/р, где /р — средняя длина ребра.

После этого конструируется вентилятор и кожух и из вентиляционного расчета определяется скорость охлаждающего воздуха Ур, которая позволяет рассчитать коэффициент теплоотдачи корпуса ая, а затем — коэффициент эффективности ребер кр. Расчет коэффициентов С0 и С1 производится по следующим формулам:

аЬ = 0,5 0ст+Ьщ, (9)

Пр'= 1,95(МрЬр+Ыр/Ьр/)кР, (Ю)

<ЭП = 2(Ыл+0,8Мп) Ьр—Ьо, 1

кс - 0

1 \

О

дП + Пр'

ст

V

1_

о.

Эгт дЬ

Пр'д1р

С0 = 0,615кс - 0,385

и

и

э,

(11) (12)

(13)

(14)

С! - ксА/ 4- и + 0,385(0ст - ДО к

и

Ог

(15)

Согласно (4—6) а0 является функцией от неизвестного размера /, однако примеры расчета показывают, что данная зависимость выражена очень слабо. Так, при изменении I на 25% а0 меняется не более чем па 2,5%. Поэтому при расчете а0 можно предварительно задаваться длиной I с точностью ±10%.

Точно так же изменение в достаточно широких пределах (±25%) таких параметров, как высота спинки статора и ширина зубда при соответствующем перераспределении удельных загрузок или без него, приводит к изменению ао в пределах 1,5—5%. В несколько большей степени влияет перераспределение потерь без изменения геометрии активной части.

Таким образом, неточности при предварительном выборе коэффициентов к и р мало влияют на результат расчета. Рекомендуемые значения указанных коэффициентов для закрытых асинхронных двигателей малой мощности даны в табл. 1 в зависимости от числа полюсов, Использование данных значений приводит к упрощенной формуле

1 (16)

21

1,07

а, (С0 + С,//)

+ А + ВО

Коэффициенты А и В даны в табл. 1.

Таблица 1

Средние значения коэффициентов в выражениях (6) и (16) для двигателей 1—4 габаритов серии А02 и А04

Число полюсов

8

к д кр км

рд /Оъ

Ри рМ1

град см2 вт

(1 + 1л)^

В,

см

0,68 0,62 0,36 0,74 0,68 0,39 0,78 0,72 0,42 0,81 0,76 0,46

0,41 0,41 0,41 0,41

0,34 1,14 42 0,25 0,82 28 0,17 0,82 28 0Д7 0,82 28

0,83 0,50 0,34 0,24

15,1 10,9 11,7 12,9

1,02 0,85 0,78 0,78

10'

147

Таблица 2

Результаты теплового расчета двигателей и их сравнение с опытом

С ерия А02 А04

Тип двигателя 31-2 32-4 1 42-2 | 42-4 41-8 112-М4 13 2-М 4

«о • Ю3,

вт1см2град 9,20 8,70 9,40 8,83 6,75 9,97 10,80

(Эмь град расчет 6,46 60,3 69,1 57,3 63,9 72,0 73,0

опыт 63,3 56,8 68,8 58,4 62,1 65,0 74,5

Д0м, град + 1,3 + 3,5 +0,3 — 1Л + 1,8 + 7,0 -1,5

» % +'2,0 + 6,0 0 ~2,0 + 3,0 + 11,0 —2,0

Из табл. 2 видно, что результаты расчета по формуле (16) имеют расхождение с опытом Д0М, допустимое для приближенных расчетов

Таким образом, предлагаемая методика может быть использована при подготовке исходных данных для проектирования асинхронных двигателей на ЭЦВМ.

В целях повышения точности расчет отдельных коэффициентов к и р вычисление а0 можно включить в программу для вычислительной машины.