- •Гидравлические и тепловые расчеты в электрических машинах
- •Воронеж 2012
- •Оглавление
- •1. Общие вопросы теплообмена
- •2. Основы теории гидравлических
- •3. Вентиляторы электрических машин
- •Предисловие
- •После изучения дисциплины необходимо знать
- •После изучения дисциплины необходимо уметь
- •1.1. Содержание дисциплины
- •1.2. Самостоятельная работа и контроль знаний студентов
- •1.3. Учебно-методические материалы по дисциплине
- •1 . Общие вопросы теплообмена в электрических машинах
- •1.1. Требования к электрическим машинам
- •1.2. Общая характеристика физических процессов
- •1.3. Эффективность и экономичность систем охлаждения электрических машин
- •1.4. Расчёт и проектирование систем охлаждения электрических машин
- •1.5. Достижения отечественных научных школ в создании
- •2 . Основы теории гидравлических
- •2.1. Основные понятия и уравнения аэродинамики гидравлики
- •2.2. Охлаждающие среды
- •Удельный объём жидкости – это объем единицы массы
- •В практических расчётах часто используют кинематической коэффициент вязкости
- •2.3. Основные понятия и уравнения гидростатики
- •2.4. Кинематика жидкости, основные понятия и уравнения гидродинамики
- •Потенциальная энергия
- •2.5. Элементы теории сопротивления жидкостей
- •Сопротивление жидкости при турбулентном движении
- •Теорема количества движения
- •3 . Вентиляторы электрических машин
- •3.1. Устройство и принцип действия вентиляторов
- •3.2. Теория идеального центробежного вентилятора
- •Следовательно
- •Центробежного вентилятора
- •Подставляя (3.12) и (3.13) в (3.9) получим
- •Из (3.19) получим
- •Подставив (3.20) в (3.18), получим
- •3.3. Потери давления и мощности в центробежном
- •Баланс энергии и кпд вентилятора
- •Коэффициент полезного действия вентилятора
- •3.4. Характеристика давления центробежного вентилятора
- •3.5. Вентиляционные расчеты.
- •Классификация систем охлаждения или классификация систем вентиляции
- •Нагнетательные и вытяжные схемы подразделяют на одноструйные и многоструйные.
- •3.6. Проектирование вентиляторов
- •4 . Основы теории теплопередачи
- •4.1. Основные процессы передачи тепла. Поле температуры
- •4.2. Основной закон теплопроводности.
- •4.3. Начальные и граничные условия для уравнения теплопроводности
- •4.4. Фундаментальное решение уравнения теплопроводности
- •4.5. Простейшие задачи теплопроводности
- •4.6. Основное уравнение конвективного процесса
- •5 . Тепловые расчёты электрических машин
- •5.1. Задачи и методы теплового расчета
- •5.2. Эквивалентные тепловые схемы
- •5.3. Тепловой расчёт с помощью тепловых схем
- •5.4. Упрощенный тепловой расчет установившегося режима работы
- •5.5. Классическая теория нестационарного теплового процесса
- •5.6. Нестационарный нагрев в стандартных режимах
- •Гост 183-74 устанавливает восемь типов номинальных режимов работы электрических машин s1-s8. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся режимы работы s1, s2, s3.
- •Допустимые потери для продолжительного режима работы при том же доп
- •Соотношение допустимых потерь
- •5.7. Общий метод расчета нестационарных процессов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Гидравлические и тепловые расчеты в электрических машинах в авторской редакции
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
После изучения дисциплины необходимо знать
Роль и значение тепловых, гидравлических и аэродинамических явлений в электрических машинах, типы систем охлаждения, области их применения.
Основы гидравлики, аэродинамики и теории теплопередачи применительно к электрическим машинам, теплофизические свойства используемых материалов и охлаждающих сред.
Задачи тепловых и вентиляционных расчетов и методы их решения.
Методы экспериментальной проверки данных расчета.
После изучения дисциплины необходимо уметь
Выполнять проектный и поверочный расчеты вентиляторов электрических машин.
Составлять тепловые и гидравлические схемы замещения электрических машин, определять их параметры, составлять расчетные алгоритмы и выполнять расчеты на основе современных методов компьютерного моделирования.
Решать частные задачи определения тепловых полей в элементах электрических машин.
1.1. Содержание дисциплины
Учебным планом бакалавров, обучающихся по направлению 110800.62 «Агроинженерия», профиль «Электроснабжение и электрооборудование сельскохозяйственных предприятий» предусмотрено изучение дисциплины «Гидравлические и тепловые расчеты в электрических машинах», программный материал которой включает изучение следующих тем.
Общие вопросы теплообмена в электрических машинах. Роль и значение тепловых и гидродинамических явлений в электрических машинах (ЭМ). Требования к ЭМ по уровню нагрева. Общая характеристика физических процессов тепловыделения и теплопередачи в ЭМ.
Источники тепловыделения в ЭМ. Теплостоки и их рациональное размещение. Виды, способы и системы охлаждения ЭМ. Эффективность и экономичность систем охлаждения. Оценка эффективности охлаждения ЭМ.
Расчёт и проектирование систем охлаждения. Связь теплового и вентиляционного расчётов и роль эксперимента. Теория подобия. Перенос теплоты. Конвективный теплообмен.
Достижения отечественных научных школ в создании прогрессивных систем охлаждения ЭМ.
Основы теории гидравлических и аэродинамических расчётов. Основные понятия и уравнения аэродинамики и гидравлики. Охлаждающие среды. Жидкости и газы. Вязкость среды. Законы для идеального газа. Уравнение состояния реальных газов. Кривые фазового перехода.
Кинематика жидкости. Описание движения жидкости. Сплошные среды. Линии и трубки тока в поле скоростей. Гидравлические элементы потока. Основные понятия гидростатики и уравнения гидростатики. Уравнение движения жидкости. Основные уравнения гидродинамики.
Элементы теории сопротивления жидкостей. Гидромеханическое подобие течений. Природа сопротивления жидкости. Пограничный слой. Обобщения уравнения Бернулли для движения жидкости с трением. Режимы движения жидкости. Сопротивление жидкости при ламинарном движении. Сопротивление жидкости при турбулентном движении.
Теорема количества движения. Потери давления при внезапном расширении канала. Потери давления при сужении канала, движении через отверстия и решётки, при плавном изменении сечения и поворотах. Аэродинамическое и гидродинамическое сопротивление электрической машины.
Вентиляторы электрических машин и вентиляционные расчёты. Устройство и принцип действия вентиляторов. Схемы вентиляции. Задачи вентиляционного расчёта. Графическое решение уравнения равновесия. Проектирование вентиляторов. Проектирование центробежных вентиляторов электрических машин. Проектирование осевых вентиляторов электрических машин.
Основы теории теплопередачи. Основные процессы передачи тепла: теплопроводность, конвективный и лучистый теплообмен. Поле температуры, его аналитическое и графическое представление. Градиент температуры. Основной закон теплопроводности.
Формулировка уравнения теплопроводности. Начальные и граничные условия для уравнения теплопроводности. Решение задач теплопроводности. Фундаментальное решение уравнения теплопроводности. Простейшие задачи теплопроводности. Стационарные одномерные температурные поля в плоской и цилиндрической стенках. Понятия о тепловом сопротивлении и тепловой проводимости.
Конвективный теплоперенос. Понятие о тепловом пограничном слое. Дифферен-циальные уравнения конвективного процесса. Применение теории физического подобия к расчёту теплоотдачи конвекцией.
Критериальные уравнения. Теплообмен оболочки закрытых ЭМ. Результирующий коэффициент теплоотдачи при совместном действий конвекции и излучения.
Тепловые расчёты электрических машин. Задачи тепловых расчётов ЭМ. Исходные данные для расчёта: распределение потерь, геометрические размеры основных частей, теплофизические свойства материалов, расходы и скорости охлаждающей среды.
Режимы работы электрических машин и их учёт при тепловых расчётах. Роль теплового расчёта в проектировании ЭМ. Предварительный учёт условий охлаждения при выборе удельных электромагнитных нагрузок.
Тепловые расчёты на основе методов температурного поля. Примеры расчёта температурных полей в обмотках и сердечниках ЭМ методом сеток с помощью современной вычислительной техники.
Сущность метода эквивалентных схем и его связь с методом поля. Тепловые схемы защищённой электрической машины постоянного тока. Принципы расчёта тепловых сопротивлений различных элементов ЭМ. Тепловые схемы машин закрытого исполнения. Тепловые расчёты в трансформаторах.
Системы уравнений теплового баланса для тепловых схем и способы их решения. Аналогия между тепловыми и электрическими схемами. Учёт в тепловых схемах зависимости потерь в обмотках ЭМ от температуры. Учёт подогрева охлаждающих потоков. Применение вычислительной техники для расчёта сложных тепловых схем; анализ результатов расчёта.
Упрощённые тепловые расчёты по методам эквивалентных греющих потерь и удельных тепловых потоков.
Система дифференциальных уравнений теплового баланса элементов ЭМ при нестационарном тепловом режиме. Постоянные времени теплового процесса. Принципы определения допустимой нагрузки ЭМ в кратковременном и повторно кратковременном режимах работы. Общие методы решения систем дифференциальных уравнений нагрева.
Тепловые испытания ЭМ, методы измерений, обеспечение требуемой точности. Анализ результатов испытаний.