Выявление значимых источников тепла и места их выделения

Согласно принятым допущениям получаем следующие источники выделения тепла:

- Электрические потери в обмотке ротора (в меди).

- Магнитные потери в стали.

- Подогрев охлаждающей среды за счет потерь в статоре электрической машины.

В соответствии с конструктивными особенностями фазного ротора асинхронной машины выявляем следующие места выделения тепла.

Для электрических потерь:

- Пазовая часть обмотки ротора – часть медной обмотки, находящаяся в

пазах ротора.

- Лобовая часть обмотки ротора – часть медной обмотки, находящаяся в

зоне вылета лобовой части

Для магнитных потерь:

- Сердечник ротора.

- Зубцы ротора.

Тепловая схема замещения ротора

В рассматриваемой машине возможны следующие пути движения тепловых потоков:

1) Из пазовой части обмотки ротора в сторону клина, через продольное сечение проводников, прокладки под клин и собственно клин.

2) Из пазовой части обмотки ротора в направлении зубца, через продольное сечение проводников, далее вдоль листов активной стали зубца.

3) Из сердечника ротора в сторону клина, вдоль листов активной стали, через продольное сечение проводников, прокладки под клин и собственно клин

4) Из зубца ротора в сторону верхнего края зубца вдоль листов активной стали.

5) Из сердечника ротора в сторону верхнего края зубца вдоль листов активной стали.

6) Из лобовой части обмотки ротора в воздушный поток.

Тепло рассеивающие поверхности в рассматриваемом роторе следующие:

а) клин;

б) зубец;

в) лобовая часть обмотки ротора.

Каждому такому участку соответствует тепловое сопротивление теплопроводности (согласно формуле 1.) – R λ , а при сходе тепла с нагретой поверхности в охлаждающую среду вводится тепловое сопротивление теплоотдачи (согласно формуле 2.) с этой поверхности – R α (рисунок 28. а).

Согласно картине тепловых потоков в соответствии с источниками потерь и тепловых сопротивлений составляется эквивалентная тепловая схема замещения по аналогии с электрической цепью постоянного тока (рис. 28.б).

Здесь: тепловое сопротивление – аналог электрического сопротивления, тепловой поток –аналог электрического тока, а перепад температур – аналог ЭДС источника тока. При этом одинакова температура среды около всех частей машины и она принимается равной некоторой средней, соответствующей температура окружающего среды. Для простату расчетов преобразуем тепловую схему замещение роты которая изображен на рис.29.

а)

б)

а) пазовая часть ротора; б) лобовая часть обмотки ротора

Рисунок.3.3 – Тепловые сопротивления и места выделения тепла

Рисунок.3.4. – Преобразованная тепловая схема замещения ротора.

Рассмотрим все тепловые сопротивления представленные на преобразованной тепловой схеме замещения (рисунок 3.4) Тепловое сопротивление тепловому потоку, который рассеивается с внешней поверхности зубцов в воздушный зазор между статором и ротором

R_I = R₃ + R₄, (3) где R₃ – тепловое сопротивление теплопроводности зубца вдоль листов стали к поверхности зубцов, обращенной к воздушному зазору между статором и ротором. R₄ – тепловое сопротивление теплоотдачи с поверхности зубцов в воздушный зазор между статором и ротором.

Определение температуры нагрева лобовых и активных частей обмотки ротора.

Согласно законам Фурье и Кирхгофа составляем систему уравнений и определяем превышение температуры отдельных частей электрической машины над средней температурой охлаждающей среды. Действительные значения температур отдельных частей ротора синхронного генератора на базе асинхронной машины с фазным ротором находятся с учетом температуры окружающего воздуха и подогрева охлаждающего газа в электрической машине за счет потерь энергии

tоб.л - tx л = Qп = RVII х Q7

t об.a - t x =θ а = R х Q

tз - tx= θ з= R х Q

t c- t x= θ с= R11 х Q1+ R11 х Q1

θ а - Qп = RVII х Q6

θ а - Qз = RIII х Q3

θ с - Qс = RIV х Q4

θ с – Qз = RII х Q2

Pэл = Q7- Q6

Pэл = Q3+ Q4+ Q5+ Q6

Pмс = Q2- Q4

  Pм з =Q1- Q2- Q3

где t об.л – температура лобовой части обмотки ротора

 t об.а – температура пазовой части обмотки ротора;

 t хл – температура окружающей среды;

 t з – температура зубца ротора;

t с – температура сердечника ротора;

θ л – превышение температуры лобовой части обмотки ротора;

θ а – превышение температуры пазовой части обмотки ротора;

θ с – превышение температуры сердечника ротора;

θ з – превышение температуры зубца ротора;

Р эл.л – электрические потери в лобовой части обмотки ротора;

Q1…Q7 – тепловые потоки (рисунок 30).

Электрические потери Рэл.л определяются по формуле

где R ф – сопротивление одной фазы обмотки ротора при 75 °С;

I – ток возбуждения;

K л – коэффициент, учитывающий длину лобовой части обмотки ротора;

Рэл.а – электрические потери в пазовой части обмотки ротора.

Электрические потери Рэл.а рассчитываются по формуле

Рэл л = 2Rф × I × Kл

Рэл а = 2Rф × I × Kа  где 

Ка – коэффициент, учитывающий длину пазовой части обмотки ротора;

Рм.с – магнитные потери в сердечнике статора. Исходя из эмперических соотношений (таблица 1) принимаются равными 0, 3·Рэл.2;

Рэл.2 – полные электрические потери в фазном роторе асинхронной машины;

Рм.з – магнитные потери в зубцах ротора.

Исходя из эмпирических соотношений (таблица 1) принимаются равными 0, 1·Рэл.2.

Таким образом, для определения температуры обмотки ротора синхронного генератора используется метод тепловых схем замещения. Особенностью конструкции исследуемого генератора является то, что на всей поверхности ротора равномерно расположены пазы с проводниками, но токи в проводниках протекают только в 2/3 части пазов. В проводниках одной трети пазов токи не протекают, но проводники имеют пазовую изоляцию, затрудняющую тепло отвод от пазов с проводниками и токами. Это учитывает предлагаемая методика тепловой оценки обмотки ротора.

Предлагаемая методика включает:

1) Определение значимых источников тепла и места их выделения.

2) Установление путей движения тепловых потоков и определение тепло рассеивающих поверхностей.

3) Определение тепловых сопротивлений на всех участках прохождения тепловых потоков.

4) Составление тепловой схемы замещения ротора.

5) Составление системы уравнений и определение превышения температуры отдельных частей электрической машины над средней температурой окружающей среды.

Предложенная методика позволяет получить расчетным путем кривую нагрева обмотки ротора в зависимости от протекающего тока.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: