Нагрев и охлаждение электродвигателей взрывонепроницаемого исполнения - Методы тепловых расчетов

ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ТЕПЛОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАСЧЕТЫ
1. МЕТОДЫ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ
Передача тепла в электрической машине и с ее поверхностей происходит теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием и представляет собой трехмерную задачу. Физические процессы распространения тепла в элементах машины при стационарном режиме работы описываются дифференциальными уравнениями Пуассона или Лапласа.
Аналитическое решение уравнений распределения температур в машине весьма затруднительно, поэтому длительное время электрическую машину рассматривали как одно или два тела. Однако невозможность учесть все основные факторы, влияющие на тепловое состояние машины, приводила к значительной погрешности расчетов указанным способом. Это послужило толчком к развитию различных приближенных способов решения указанных уравнений.
Большой вклад в этом направлении внесен С. А. Гершгориным, предложившим электрические сетки для моделирования уравнений Лапласа [Л. 59], это явилось основой моделирования тепловых схем замещения.
По этому методу электрическая машина представляется в виде схемы из отдельных тел с сосредоточенными источниками тепла, что позволяет определить средние температуры в узлах машины. При этом тепловая схема описывается системой алгебраических линейных уравнений, которая легко рассчитывается.
Кроме того, для расчета распределения температур в основных частях машины иногда используют аналитический метод —метод «стержней». По этому методу электрическая машина представляется рядом «стержней» с распределенными источниками тепла (обмотка, пакет, корпус и т. д.), соединенными между собой определенным образом. Дифференциальные уравнения теплопередачи, составленные для каждого из «стержней», дают возможность получить кривую распределения температуры по обмоткам, корпусу и т. д., т. е. определять максимальные значения температур. Однако ввиду сложности расчета приходится брать малое число тел, что снижает точность; кроме того, для расчета необходимо дополнительно знать значения температур охлаждающего агента у поверхностей машины. Кроме указанных, используются и другие способы тепловых расчетов, такие как метод эквивалентных греющих потерь и метод температурных перепадов.
Метод эквивалентных греющих потерь [Л. 60] используется для оценки влияния различных составляющих потерь на превышения температуры обмоток, что позволяет рационально распределять потери с целью уменьшения нагревов. Однако коэффициенты греющих потерь, полученные для одного типоразмера, строго говоря, нельзя распространять на другие типоразмеры, так как эффективность охлаждения различных двигателей серии и тепловые сопротивления могут изменяться непропорционально.
Коэффициенты греющих потерь могут быть определены при тепловом расчете по методу тепловых схем замещения способом наложения. Они используются для «доводки» проектируемых машин путем перераспределения потерь. Известный метод температурных перепадов представляет собой очень упрощенный инженерный расчёт, при котором не учитывается взаимосвязь процессов теплообмена между различными частями машины; при этом невозможно точно учесть влияние многих факторов на превышения температур (вентиляционных и механических потерь, неравномерность распределения КТО вдоль длин обмоток и корпуса и т. д.).
В связи с этим метод температурных перепадов ввиду своей простоты используется проектировщиками для предварительного расчета, т. е. качественной оценки создаваемой машины, а окончательный расчет проводится по развернутой тепловой схеме замещения.