3 Практическая часть

Практическая работа выполняется по вариантам, выданным преподавателем.

Пусковые характеристики рассчитывают для значений скольжения: 1,0; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2 и 0,1. Результаты расчётов сводят в таблицу.

Если разница между током (формула 2.31) и током (формула 2.19) превышает 15 %, то величину тока корректируют и расчёты повторяют.

Для выполнения практической работы в приложении А приведены технические данные асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором серии РА (привязка мощностей к установочно-присоединительным размерам по стандартам CENELEC, DIN).

4 Структура отчета

По результатам работы составляется отчет, который должен содержать:

1) титульный лист;

2) задание на практическую работу;

3) содержание;

4) выполнение задания;

5) список использованных источников.

4. Список литературы

1. Асинхронные двигатели общего назначения/ Е. П. Бойко, Ю. В. Гаинцев, Ю.М. Ковалёв и др.; Под ред. В. М. Петрова и А. Э. Кравчика. - М.: Энергия, 1980. - 488с.

2. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А. Э. Кравчик, М. М. Шлоф, В. И. Афонин, Е. А. Соболевская. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504с.

Практическая работа № 3 Тепловой и вентиляционный расчёт двигателя

1 Цель практической работы

Целью расчета теплового и вентиляционного расчета для двигателя является практическое применение студентами теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины «Электромеханические преобразователи энергии в системах управления технологическими процессами» путем решения конкретных инженерных задач, и приобретение навыков практических расчётов потерь мощности при повышении температуры двигателя.

2 Теоретическая часть

Работа асинхронного двигателя сопровождается потерями мощности, которые в форме потоков тепловой энергии передаются от наиболее нагретых частей машины к менее нагретым и в конечном итоге, передаются с охлаждаемых поверхностей охлаждающей среде. Передача тепла в твёрдых телах происходит посредством теплопроводности, а с нагретых поверхностей отдача тепла происходит преимущественно посредством конвекции и лучеиспускания. На пути движения тепловых потоков возникают перепады температуры. Цель теплового расчёта асинхронного двигателя – это определение превышения температуры его отдельных частей над температурой охлаждающего воздуха.

В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором наиболее сильно, как правило, нагревается обмотка статора. Допустимое среднее значение превышения температуры обмотки статора над температурой охлаждающей среды (перегрев обмотки статора) зависит от класса нагревостойкости (температурного индекса) выбранного изоляционного материала. Перегрев обмотки статора должен быть ниже допустимых значений, установленных ГОСТ 183-74, при температуре охлаждающей среды 40 ⁰С и высоте над уровнем моря не более 1000 м.

Класс нагревостойкости	В (ТИ 130)	F (ТИ 155)	Н (ТИ 180)
Средние допустимые температуры, ^0С	120	140	165
Предельно допустимые превышения средней температуры обмоток над температурой окружающего воздуха (40 ^0С)……………………………….….	80	100	125

На начальных стадиях проектирования электрических машин общего назначения используют упрощенные методы теплового расчета, основанные на использовании средних значений коэффициентов теплопроводности и теплоотдачи с нагретых поверхностей, полученных по результатам экспериментальных исследований машин современных серий.

Исходными данными к тепловому расчёту являются потери мощности в режиме номинальной нагрузки, полученные в результате расчёта рабочих характеристик. Тепловой расчёт асинхронного двигателя производят, предполагая, что в процессе эксплуатации его обмотки могут быть нагреты до предельной температуры. Поэтому, потери мощности в обмотках, определённые при расчётной температуре, пересчитывают на предельную температуру, умножая их на коэффициент . В зависимости от выбранного изоляционного материала этот коэффициент принимает значения для изоляции класса нагревостойкостиВ, для изоляции класса нагревостойкости F; для Н.

Потери мощности в обмотке статора подразделяют на потери в пазовой части и в лобовой части обмотки статора:

;

(2.1)

.

Считают, что потери мощности пазовой части обмотки передаются через пазовую изоляцию в сердечник статора, а потери лобовой части обмотки, с поверхности её охлаждения, передаются непосредственно воздуху внутри машины.

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки (⁰С):

, (2.2)

где – периметр поперечного сечения паза, мм;

–односторонняя толщина пазовой изоляции, мм;

– средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции;

– среднее значение эквивалентного коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки из эмалированного провода.

Для изоляционных материалов классов нагревостойкости В, F и Н = 0,16 Вт/(м  ⁰С). Значения коэффициента в зависимости от отношения диаметра голого и изолированного провода представлены на рисунке 2.1.

Потери пазовой части обмотки и потери в стали передаются воздуху внутри машины и через станину наружному охлаждающему воздуху.

Превышение температуры внутренней поверхности магнитопровода статора над температурой воздуха внутри машины (⁰С):

, (2.3)

где К – коэффициент, учитывающий, что только часть потерь мощности в стали и пазовой части обмотки статора передаётся воздуху внутри машины, а остальная часть потерь передаётся через станину наружному воздуху (таблица 2.1);

– коэффициент теплоотдачи с поверхности. Определяется по рисунку 2.2 - 2.5 в зависимости от числа полюсов, внешнего диаметра статора и исполнения машины по степени защищённости.

Таблица 2.1

2р	Средние значения коэффициента К		2р	Средние значения коэффициента К
	IP44	IP23		IP44	IР23
2 4	0,22 0,20	0,84 0,80	6 8	0,19 0,18	0,78 0,76

Перепад температуры по толщине изоляции лобовой части катушки из круглого провода:

, (2.4)

где – условный периметр охлаждения лобовой части катушки (=);

– односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки, мм. При отсутствии изоляции = 0.

Рисунок 2.1 – Средние значения эквивалентного коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушек всыпных обмоток из эмалированного провода

Превышение температуры поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:

, (2.5)

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:

. (2.6)

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды определяется в предположении, что температура корпуса равна температуре воздуха внутри машины. При этом условии:

, (2.7)

где – сумма потерь мощности, отводимых в воздух внутри машины, Вт;

– коэффициент подогрева воздуха, Вт/(м²  ⁰С);

– условная поверхность охлаждения корпуса, м².

Рисунок 2.2 - Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности охлаждения для машин исполнения IР44(IР54) с h  132 мм

Потери мощности, отводимые в воздух внутри машины, зависят от исполнения машины. В машинах со степенью защиты IР23 принимается, что воздух внутри машины нагревается всеми потерями, за исключением тех потерь, которые отводятся через станину:

; (2.8)

, (2.9)

где – полные потери мощности номинального режима.

Рисунок 2.3 - Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности охлаждения для машин исполнения IР44(IР54) при h = 160 - 250 мм

Рисунок 2.4 - Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности охлаждения для машин исполнения IP23 при h = 160 - 250 мм

Условная поверхность охлаждения корпуса:

. (2.10)

Рисунок 2.5 - Средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности охлаждения для асинхронных двигателей при h ≥ 280 мм

Для двигателей со степенью защиты IP44 из суммы вычитаются потери мощности на трение наружного вентилятора о воздух, составляющие примерно 0,9Р_мех:

, (2.11)

где – определяются по (2.9).

При расчёте условной поверхности охлаждения корпуса учитывают поверхность рёбер станины:

, (2.12)

где – условный периметр поперечного сечения рёбер корпуса двигателя. Его значение может быть приближённо определено по рисунку 2.6.

Среднее значение превышения температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

. (2.13)

Так как тепловой расчёт носит приближённый характер, полученное значение должно быть меньше допустимого как минимум на 10 %.

Рисунок 2.6 - Средние значения периметра поперечного

сечения рёбер корпуса асинхронных двигателей

Вентиляционный расчёт асинхронного двигателя, как и тепловой расчёт, выполняется приближённым методом. Сущность метода заключается в сравне­нии расхода воздуха, необходимого для охлаждения двигателя, с количеством воздуха, который обеспечивает осевой вентилятор определённой конструкции при заданных размерах корпуса.

Значение коэффициента подогрева воздуха определяют по рисункам 2.7, 2.8 и 2.9.

Рисунок 2.7- Средние значения коэффициента подогрева воздуха для асинхронных двигателей исполненияIР44(IР54) при h  132 мм

Рисунок 2.8 - Средние значения коэффициента подогрева воздуха для асинхронных двигателей исполнения IP44(IP54) при h = 160 - 250 мм

Рисунок 2.9 - Средние значения коэффициента подогрева воздуха

для асинхронных двигателей исполнения IР23 при h = 160 - 250 мм

Требуемый расход воздуха для асинхронных двигателей со степенью защиты IР23, м³/сек:

. (2.14)

Для двигателей со степенью защиты IР44:

, (2.15)

где – коэффициент, учитывающий изменение теп­лоотдачи по длине корпуса машины.

Коэффициент т = 2,6 для 2р = 2 при h ≤ 132 мм; т = 3,3 для 2р = 2 при h ≥ 160 мм; m = 1,8 для 2р ≥ 4 при h ≤ 132 мм; т = 2,5 при h ≥ 160 мм.

Рисунок 2.10 - Средние значения коэффициента подогрева воздуха

для асинхронных двигателей исполнения IР44 при h ≥ 280 мм

Рисунок 2.11 - Средние значения коэффициента подогрева воздуха

для асинхронных двигателей исполнения IР23 при h ≥ 280 мм

Расход воздуха, который может быть получен при заданных размерах двигателя, (м³/сек) определяется по эмпирическим формулам:

для исполнения IP23

; (2.16)

для исполнения IР44

, (2.17)

где k = 2,6 для двигателей с 2р = 2; k = 3,5 для двигателей с 2р ≥ 4;

– число и ширина радиальных каналов, м (при их отсутствии = 0);

п – частота вращения ротора, об/мин.

Для нормального охлаждения асинхронных двигателей необходимо, чтобы расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором, был больше требуемого, то есть выполнялось условие:

. (2.18)