а) Электродвигатели с воздушно-воздушным трубчатым холодильником. Указанную категорию электродвигателей составляют электродвигатели с системой охлаждения II. Анализ этой системы непосредственно по экспериментальным данным начнем с непакетированных электродвигателей. Исследования макета электродвигателя (Da= 0,458 м) с системой охлаждения IIА-1 показали, что наблюдается очень высокая неравномерность распределения превышения температуры вдоль обмотки статора. Как видно из рис. 1-7, очень сильно перегревается обмотка статора в пакетной части. Введение параллельной струи в схеме внутренней циркуляции (схема 2, рис. 1-2) практически не улучшило распределения превышений температур вдоль обмотки статора, но значительно увеличило интенсивность охлаждения обмотки статора. О чем можно судить по снижению среднего превышения температуры обмотки статора при одной и той же полезной мощности Р = 95 кВт (при IIА-2 ΘΜ = 90,3° С, а при ΙΙΑ-1 ϴм = 110,8°С). Ввод параллельных струй кроме увеличения сечения для прохода воздуха внутренней циркуляции, т. е. увеличения его расхода, увеличивает и теплообменную поверхность, что также важно при передаче тепла внутренним воздухом, так как уменьшаются плотности тепловых потоков на поверхностях, а следовательно, и перепады температур. Таким образом, повышение интенсивности охлаждения электродвигателей с системой охлаждения IIА возможно за счет увеличения числа параллельных струй воздуха и максимального приближения их к месту генерирования тепла. Наиболее целесообразными каналами будут аксиальные каналы в пазовой зоне статора и ротора.
Одним из радикальных средств для увеличения интенсивности охлаждения электрических машин является разделение пакета статора и ротора на ряд пакетов радиальными каналами (пакетировка). В результате получается второй вариант системы охлаждения II, который обозначен IIВ. Эта система охлаждения изобилует схемами внутренней циркуляции и обладает большими возможностями. Суть систем охлаждения IIА, IIВ сводится в основном к тому, чтобы максимально увеличить теплообменную поверхность активных частей электродвигателя и теплообменника и максимально увеличить расход воздуха внутренней циркуляции. Наибольшее применение в настоящее время нашла система охлаждения IIВ с радиально-согласной схемой циркуляции внутреннего воздуха (рис. 1-3). Напорными элементами в ней служат распорки в радиальных каналах ротора, стержни обмотки ротора и крылья на короткозамыкающем кольце ротора либо заменяющие их вентиляторы под лобовыми частями обмотки статора. У лобовых частей обмотки статора устанавливаются специальные выгородки— диафрагмы, дающие возможность направленного обдува их.
Над лобовыми частями обмотки статора имеется щель, через которую воздух, прошедший через них, попадает в холодильник электродвигателя. Однако интенсивность охлаждения электродвигателя при этой схеме внутренней циркуляции ниже, чем при встречной схеме циркуляции внутреннего воздуха, которая изображена на рис. 1-3. Встречной эта схема вентиляции названа потому, что воздух внутренней циркуляции движется из радиальных каналов статора в радиальные каналы ротора, преодолевая их напор. Интенсивность охлаждения при указанных схемах вентиляции оценивается по среднему превышению температуры обмотки статора макета электродвигателя ВАО 92-4п с Da= 0,458 м при одинаковой полезной мощности Р=100 кВт (при IIB-1 ϴм=112°С, а при IIB-2 ϴМ = 79,8°С).
Согласная схема внутренней циркуляции имеет следующие недостатки по сравнению со встречной схемой.
- Меньший расход воздуха внутренней циркуляции Qb.b (по данным испытания ВА0 92-4п):
- Воздух подается на охлаждение обмотки статора подогретым в роторе.
- В трубчатый холодильник воздух подается из радиальных каналов статора значительно успокоенным и незакрученным, в то время как при системе IIB-2 воздух в холодильник поступает из вентиляторов.
Преимуществом согласной системы является меньшая затрата энергии на охлаждение, однако это сопровождается значительно меньшей интенсивностью охлаждения.
Кроме этого, анализ графика распределения превышения температур (рис. 1-7) показывает, что система охлаждения IIB-2 обеспечивает довольно равномерное распределение превышений температур. Известно, что при изготовлении электродвигателей с пакетированным ротором и статором может получиться несовпадение радиальных каналов ротора и статора из-за смещения ротора относительно статора либо образования волнистости каналов ротора при заливке его и т. п.
Величина несовпадения может достигать ширины радиального канала. Устранять влияние указанного фактора на тепловое состояние электродвигателя предлагается следующим образом.
Рис. 1-8. Два способа заклиновки обмотки статора в пазах.
а — клин только в пакетных частях; б — непрерывная заклиновка.
- Ширину радиального канала ротора необходимо делать на 40—50% больше канала статора. Такое увеличение радиального канала ротора на другие параметры электродвигателя (cos φ) практически не отражается.
- Заклиновку обмотки в пазах статора следует производить не по всей длине статора, а только в отдельных пакетах, как показано на рис. 1-8,а.
Изменение заклиновки обмотки статора при встречной схеме вентиляции (ΙΙΒ-2) на макете ВА0 92-4п привело к общему увеличению расхода воздуха внутренней циркуляции на 7% и к снижению превышения температуры обмотки статора при Р=100 кВт на 5,8° С, т. е. ΘΜ = 74° С.
