Способы охлаждения электрических машин
Способы охлаждения электрических машин
По способу охлаждения электрические машины разделяют на два вида: машины с естественным охлаждением и машины с искусственным охлаждением.
Естественное охлаждение электрических машин. Эти машины не имеют вентиляторов или каких-либо других устройств, способствующих охлаждению машины. Охлаждение происходит естественным путем за счет теплопроводности и конвекции.
Теплопроводность — это передача теплоты внутри твердого тела. Например, пазовые части обмотки статора, нагреваясь, передают теплоту через слои пазовой изоляции в сердечник. Через места крепления сердечника теплота передается в корпус статора. Передача теплоты теплопроводностью происходит от более нагретых слоев твердого тела к менее нагретым.
Конвекция состоит в том, что частицы газа (воздуха), соприкасающиеся с поверхностью нагретого тела (лобовые части обмоток, сердечники, корпус), нагреваются, становятся легче и поднимаются кверху, уступая свое место менее нагретым частицам, и т.д. Так конвекция называется естественной. Во вращающейся машине имеет место еще и искусственная конвекция, обусловленная вращением ротора, который создает принудительную циркуляцию (воздуха), что усиливает эффект конвекции внутри машины.
Искусственное охлаждение электрических машин. В этих машинах применяют специальное устройство, обычно вентилятор, создающий движение в машине газа, охлаждающего нагретые части машины. Значительную группу машин с искусственным охлаждением составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор закреплен на валу машины; в процессе работы он, вращаясь, создает аэродинамический напор. Самовентиляция может быть наружной и внутренней.
При наружной самовентиляции воздухом обдувается внешняя поверхность корпуса статора. Машина в этом случае имеет закрытое исполнение с ребристой поверхностью (для увеличения поверхности охлаждения).
При внутренней самовентиляции в корпусе и подшипниковых щитах машины делают специальные отверстия, через которые из окружающей машину среды проникает внутрь машины, охлаждает ее, а затем выбрасывается наружу.
Принцип внутренней самовентиляции, получивший в электрических машинах преимущественное применение, иллюстрирует рисунке 1. На валу машины закреплен центробежный вентилятор. Вращаясь вместе с валом машины, он затягивает через отверстие в правом подшипниковом щите воздух, создавая внутри машины аэродинамимический напор, под действием которого воздух прогоняется через внутреннюю полость машины. Воздух проходит через вентиляционные каналы, зазор и межполюсное пространство (при явнополюсной конструкции машины). При этом он «омывает» и нагретые части машины и отбирает теплоту от нагретых частей и нагретым выходит через специальные отверстия (жалюзи) в левом подшипниковом щите, со стороны, противоположной вентилятору.
Рисунок 1. Принцип внутренней самовентиляции электрической машины
Для более эффективного охлаждения в магнитопроводе некоторых электрических машин делают вентиляционные каналы, через которые проходит охлаждающий газ. Вентиляционные каналы называют аксиальными, если они расположены параллельно оси ротора, и радиальными, если они расположены перпендикулярно этой оси (рисунок 2). Вентиляцию, при которой охлаждающий газ перемещается вдоль оси машины, называют аксиальной (рисунок 2, а), если же газ перемещается перпендикулярно оси машины по радиальным каналам, то вентиляцию называют радиальной (рисунок 2, б)
Радиальные вентиляционные каналы получаются делением общей длины сердечника на пакеты по 40 — 60 мм. Между пакета¬ми оставляют промежутки по 10 мм, которые и являются радиальными каналами. Иногда в машинах применяют радиально-аксиальную вентиляцию. В двигателях с регулировкой частоты вращения вниз от номинальной при малой частоте вращения само¬вентиляция становится малоэффективной. Это ведет к чрезмерно¬му перегреву машины. Поэтому в таких двигателях целесообразно применение независимой вентиляции (рисунок 3), когда вентилятор имеет собственный привод (частота вращения последнего не зависит от режима работы машины).
Рисунок 2. Аксиальная (а) и радиальная (б) системы вентиляции:
1 — статор; 2 — ротор
Независимую вентиляцию применяют также для охлаждения электрических машин, работающих во взрывоопасной или химически активной среде. В этом случае вентилятор 4 (рисунок 3, а) через трубопровод 3 нагнетает воздух в машину 1 и по трубе 2 выбрасывает его наружу. Такая система независимой вентиляции называется разомкну¬той в отличие от замкнутой системы (рисунок 3, б), когда один и тот же объем газа циркулирует в замкнутой системе, состоящей из двигателя (объект охлаждения) 1, независимого вентилятора 2, трубопровода 1 и 5 и охладителя 4, в котором охлаждается нагретый в машине газ.
Все способы охлаждения электрических машин принято обозначать буквами IC, являющимися начальными буквами английских слов International Cooling, остальные буквы и цифры обозначают способ охлаждения машины. Сначала указывается буква, обозначающая вид хладагента: А — воздух, Н — водород, V — вода и т. д. Если хладагентом является только воздух, то буква опускается.
Затем идет несколько цифр: первая цифра условно обозначает устройство цепи охлаждения для циркуляции хладагента, например, воздуха, вторая — способ перемещения хладагента. Если машина имеет несколько цепей охлаждения (например, внутренняя вентиляция и наружный обдув), то в обозначении может быть четыре цифры: две — для обозначения наружной цепи охлаждения и две — для внутренней.
Примеры обозначения наиболее распространенных способов охлаждения электрических машин:
IC01 — машина с внутренней самовентиляцией; вентилятор расположен на машины.
IC03 — машина, охлаждаемая пристроенным вентилятором с собственным нагнетателем, расположенным на корпусе охлаждаемой машины.
IC37 — закрытая машина с подводящей и отводящей трубами; машина охлаждается вентилятором с приводным двигателем, установленным вне охлаждаемой машины.
IC0041 — закрытая машина с естественным охлаждением.
IC0141 — закрытая машина, обдуваемая наружным вентилятором, расположенным на валу машины.
Рисунок 3. Разомкнутая (а) и замкнутая (б) независимые системы вентиляции
Источник
СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Цель работы: изучить способы охлаждения электрических машин.
Преобразование энергии в электрической машине всегда связано с потерями.При этом все виды потерь в конечном итоге преобразуются в теплоту, которая вызывает нагревание машины. Номинальная мощность машины при ее заданных размерах и условиях работы ограничивается превышением температуры ее частей, которое не должно быть больше допустимых значений.
Температура частей электрической машины существенно зависит от эффективности их охлаждения: чем интенсивнее отвод теплоты, тем ниже их температура, а, следовательно, тем выше номинальная мощность машины. Наибольшее применение в электрических машинах общего назначения получили два способа охлаждения — естественное и искусственное.
Машины с естественным охлаждением не имеют вентиляторов или каких-либо других специальных устройств для охлаждения машины или ее отдельных частей. Циркуляция воздуха внутри такой машинысоздается вследствие вентилирующего действия вращающихся частей машины и явления конвекции (перенос теплоты потоками воздуха внутри машины).
Машины с искусственным охлаждением снабжены специальными устройствами — вентиляторами, создающими движение газа (воздуха или водорода), который, соприкасаясь с нагретыми частями машины, отбирает от них теплоту, то есть охлаждает их.
Значительную группу электрических машин составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор расположен на валу либо предусмотрены лопатки на вращающихся частях машины. Самовентиляцияможет быть наружнойи внутренней.
При наружной самовентиляции (способ охлаждения IC0141) обдувается внешняя ребристая поверхность машины (рисунок 29.1,а). Машину в этом
а – самовентиляция наружная;
б и в – самовентиляция внутренняя
Рисунок 29.1 – Система вентиляции электрических машин
выполняют закрытой (исполнение IP44), то есть в ее корпусе не делают каких — либо специальных отверстий для сообщения внутренней полости машины с внешней средой.
При внутренней самовентиляции (способ охлаждения IC01) в корпусе и подшипниковых щитах машины имеются специальные отверстия (исполнения IP22 и IP23). через которые хладагент проникает внутрь машины, охлаждает ее. а затем выбрасывается наружу (рисунок 29.1,б и в).
В зависимости от направления движения охлаждающих потоков газа внутри машины различают вентиляцию радиальную и аксиальную.
При радиальной вентиляции (рисунок 29.2,а) преобладает радиальное
1- статор; 2 – ротор
Рисунок 29.2 – Радиальная (а) и аксиальная (б) системы вентиляции
направление движения охлаждающего газа внутри машины (перпендикулярно оси вращения машины), а при аксиальной вентиляции — аксиальное(вдоль оси вращения машины) (рисунок 29.2,б).
Для повышения эффективности охлаждения в некоторых электрических машинах предусматривают вентиляционные канты для прохода охлаждающего газа . При радиальной вентиляции сердечники статора и ротора подразделяются на несколько пакетов (рисунок 29.3,а), в промежутки между которыми к крайним листам пакетов приваривают распорки, называемые ветреницами. При вращении ротора ветреницы создают движение потоков охлаждающего газа через вентиляционные каналы.
Радиальная вентиляция обеспечивает равномерное охлаждение машины. Однако выполнение радиальных вентиляционных каналов усложняет конструкцию машины и ведет к увеличению ее габаритов и стоимости. При аксиальной вентиляции в машине предусматривают аксиальныевентиляционные каналы (рисунок 29.3.2,б).
Конструктивно выполнение аксиальных вентиляционных каналов проще, чем радиальных. Однако аксиальная вентиляция не обеспечивает равномерного охлаждения машины, так как охлаждающий газ, продвигаясь вдоль машины, постепенно нагревается.
Иногдав машине применяютрадиально-аксиальную вентиляцию (рисунок 29.1,а).
В машинах средней и большой мощности применяют независимую (принудительную) систему вентиляции (рисунок 29. 3,а и б), когда охлаждающий газ подается в машину специальным вентилятором собственным электроприводом (способы охлаждения IC05 и IC37).
Система вентиляции может быть разомкнутой, когда газ (воздух) нагнетается в машину, а затем выбрасывается наружу (рис. 3,а), и замкнутой, когда в герметически закрытой машине циркулирует постоянный объем газа (воздуха или водорода), охлаждаемого в специальном охладителе (рис. 3,6). Замкнутую систему вентиляции обычно применяют в машинах большой мощности.
а – независимая разомкнутая самовентиляция; б – независимая замкнутая вентиляция;
1 – охлаждаемая машина; 2 – двигатель вентилятора; 3 – трубопровод; 4 – охладитель
Рисунок 29.3 – Система вентиляции электрических машин
Как при аксиальной самовентиляции, так и при независимой вентиляции от направления, в каюром проходит газ в машине по отношению к вентилятору различают вентиляцию нагнетательную (рисунок 29.4,а) и вытяжную(рисунок 29.4,б).
а – нагнетательная система вентиляции;
б – вытяжная система вентиляции
Рисунок 29.4 – Системы вентиляции электрических машин
При нагнетательной вентиляции воздух сначала попадает на вентилятор, а затем проходит по вентиляционным каналам машины и выбрасывается наружу. Вследствие трения о лопатки вентилятора происходит подогрев воздуха, поступающего внутрь машины, примерно на 3 — 8 °С. Для компенсации этого подогрева необходимо увеличить на 15-20 % расход воздуха.
При вытяжной вентиляции в машину поступает воздух, имеющий температуру охлаждающей среды. Поэтому предпочтение следует отдавать вытяжной вентиляции.
Источник
Способы охлаждения электрических машин.
Возникающие при работе электрических машин и трансформаторов потери энергии превращаются в теплоту, нагревая отдельные их части.
Теплота должна быть рассеяна в окружающую среду, чтобы температура отдельных частей электрических машин и трансформаторов не превышала допустимых пределов.
По способу охлаждения электрические машины подразделяются на:
- машины с естественным охлаждением, не имеющие специальных устройств для охлаждения. Такие машины бывают малой мощности, так как отвод тепла в них малоинтенсивен;
- машины с самовентиляцией, на валу которых помещают вентилятор, всасывающий или нагнетающий в машину при вращении ротора воздух и прогоняющий его через внутреннюю полость машины.
- машины с посторонним охлаждением, в которых охлаждающий воздух (или водород) прогоняется по трубам вентилятором. Такое охлаждение применяют для машин большой мощности.
В зависимости от того, в каком направлении движется охлаждающий воздух по телу ротора, различают две основные системы вентиляции:
При радиальной вентиляции охлаждающая среда перемещается в радиальном направлении от вала к периферии ротора через промежутки между пакетами стальных листов, образующих сердечник ротора.
При осевой вентиляции в сердечнике ротора устраивают осевые каналы, сквозь которые прогоняется воздух параллельно валу машины.
Радиальная система вентиляции проста в конструктивном отношении и надежна, потери энергии на вентиляцию малы и теплоотдача равномерна. Однако она некомпактна и неустойчива в отношении количества протекающего через машину воздуха. В машинах малой и частично средней мощности лучшие результаты дает осевая вентиляция, а в машинах средней и большой мощности — радиальная.
Дата добавления: 2014-12-24 ; просмотров: 1320 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
