Содержание
Предыдущий § Следующий

9 Нагревание и охлаждение электрических машин

Нагревание машины происходит из-за происходящих в ней потерь. Максимально допустимая температура обмоток электрических машин зависит от нагревостойкости изоляции и установленного срока службы машины. Стремление увеличить мощность машины и продлить срок ее службы заставляет конструкторов изыскивать способы уменьшения потерь, повышать эффективность охлаждения и применять все более нагревостойкую изоляцию.

В последние годы по всем направлениям достигнуты большие успехи. Созданы новые виды изоляции: синтетические пленки, крем-нийорганические лаки и т. д. Широко применяется непосредственное водородное и жидкостное охлаждение (в крупных машинах). В ряде случаев применяется испарительное охлаждение машин малой и средней мощности. Созданы опытные машины, в которых для уменьшения потерь используется явление сверхпроводимости металлов при низких температурах.

9.1. Общие положения

Мощность электрической машины, как правило, ограничивается условиями нагревания. С увеличением нагрузки в машине увеличиваются потери энергии и выделяется тепловая энергия, которая должна отводиться в атмосферу. В установившемся режиме мощность потерь в машине АР преобразуется в теплоту dQ/dt = &P, которая отводится через поверхность охлаждения площадью 5_Ох_Л:

где k-ro — коэффициент теплоотдачи с поверхности; благодаря тому,

Повышение мощности машины в заданных габаритах, как видно из формулы (9.4), тесно связано с повышением КПД, предельного значения температуры и улучшением условий охлаждения.

Последствия увеличения КПД были рассмотрены в гл. 8 на примере синхронного генератора, мощность которого удалось повысить в 1,5 раза, увеличив КПД с 0,97 до 0,978. Еще больший эффект был достигнут за счет улучшения охлаждения: в этом же генераторе удалось применить непосредственное охлаждение водой обмоток статора и ротора, благодаря чему в тех же габаритах мощность была увеличена в 8 раз и достигла 1 млн. 200 тыс. кВт!

Значительный эффект был получен и от применения новой теплостойкой изоляции, позволившей увеличить предельную температуру со 105 до 165°С. Соответственно этому возросла и мощность машин.

Иногда настолько необходимо повысить мощность в ограниченном объеме, что идут на повышение допустимой температуры, несмотря на сокращение срока службы машины. Например, для тяговых двигателей максимальная допустимая температура принимается на 4О...5О°С большей, чем для машин общего назначения. Еще более высокая температура допускается для авиационных машин, где особенно важен полетный вес.

Для дорогих и ответственных машин с целью повышения их долговечности и надежности максимальная температура может быть снижена.

Охлаждение крупных машин большой мощности, как правило, обеспечить сложнее, чем машин меньшей мощности и размеров. Пояснить это можно на следующем упрощенном примере. Пусть электрическая машина представляет из себя куб с размером реб-

pa а Если в единице объема выделяется q [Вт] теплоты (потерь) в секунду, то общие потери в кубе Vq = a³q [Вт]; они должны вылиться через поверхность куба S_Ox.t = 6o²

Таким образом, плотность теплового потока, т е. теплота, от-в единицу времени с единицы поверхности.

Итак, с увеличением размеров машины растет плотность теплового потока (удельный тепловой поток), а следовательно, и температура, при постоянных условиях охлаждения,

т = ДЯ/(*_то5_охл)=да/А_1О. (9.6)

Экономичность машины с ростом мощности обычно увеличивается: сокращаются расходы на обслуживание, удельный расход материалов; растет КПД и т. д. Поэтому технический прогресс в электромашиностроении наряду с совершенствованием конструкции и повышением качества электротехнических материалов неразрывно связан с улучшением охлаждения машин и свойств изоляции.

Содержание
Предыдущий § Следующий