Расчет нагревания обмотки якоря

Ранее упоминалось, что температура и процесс нагревания будет зависеть от выделившейся энергии. Кроме того, было оговорено, что в основном электрические потери, это потери на нагрев. Итак, тепловой поток, выделившейся из обмотки якоря,

,

где , – мощности потерь в меди обмотки якоря, соответственно коммутационные и от главного парового поля; Крм – коэффициент увеличения сопротивления меди при ожидаемой температуре tн, по отношению к сопротивлению при 20 °С

.

Для расчета нагревания обмоток удобно использовать тепловые схемы замещения, которые аналогичны схемам электрических цепей.

Прежде чем составлять схему, для наглядности изобразим выделение тепла в обмотке (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Схемы тепловых потоков обмотки якоря

Причем в эквивалентных схемах сопротивление распространению теплового потока заменяется электрическим сопротивлением

Так, термическое сопротивление распространению потока с лобовых частей

,

где – эквивалентная толщина изоляции лобовых частей; – коэффициент теплопроводности.

Внешняя поверхность лобовых частей определяется как

.

С учетом того, что якорь нагревается не только от нагрева проводов, но и от перемагничивания стали, возможная схема замещения показана на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Схема замещения тепловых потоков обмотки якоря

Для более точных расчетов при определении сопротивления тепловому потоку якоря вводят толщину изоляции якоря. В данном случае пренебрегаем этим. Кроме теплового потока от обмотки в вентиляционные каналы, выходит и тепловой поток от нагрева стали. Термическое сопротивление тепловому потоку , рассеиваемому с поверхности сердечника якоря

,

где – коэффициент теплоотдачи; – поверхность якоря; – термическое сопротивление тепловому потоку в вентиляционных каналах

,

где – тепловой поток между точками а и б. Два параллельных сопротивления могут быть заменены одним

.

Установившееся превышение температуры меди обмотки якоря над температурой вентиляционного воздуха

.

Чтобы определить , рассмотрим контур а – в – г

;

.

Превышение температуры меди обмотки якоря над температурой наружного воздуха

,

где – перегрев вентиляционного воздуха относительно температуры окружающей среды.

Аналогично составляются тепловые схемы для других обмоток и деталей тягового двигателя. Мы рассмотрели процесс нагревания однородного тела. В заключение необходимо сделать несколько замечаний. В действительности разные части одного и того же тела нагреваются неодинаково. Это зависит и от условий отвода тепла и оттого, с какой стороны подается охлаждающий воздух.

Методы расчета распределения тепла вдоль тела есть, но они не очень точны и сложны, поэтому в настоящем курсе они рассматриваться не будут. Раз обмотки и в целом двигатель нагреваются, то естественно, для реализации больших мощностей необходимо отводить тепло, а это значит нужно создавать систему вентиляции.