Материал: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник

где С — постоянная, устанавливаемая опытным путем; е — основа­ ние натуральных логарифмов.

Из этой формулы следует, что повышение температуры на каждые 8° С сокращает время износа изоляции tm вдвое. Если установить по данным практики предельную температуру ^ пр, при которой изоли­ рующий материал надежно работает приемлемый с эксплуатационной точки зрения отрезок времени (обычно 16—20 лет), то но формуле (40-1) можно определить срок работы этого материала и при другой рабочей температуре. Так, например, хлопчатобумажная изоляция, пропитанная или погруженная в масло, может длительно работать в течение 16—20 лет, находясь при температуре й я« 90° С. Но уже

Соответствующие температуры для изолирующих материалов из неорганических веществ: слюда, асбест, стекло и другие, которые сами по себе обладают высокой теплостойкостью, зависят главным образом от свойств лаков, применяемых для пропитки изоляции. Но электроизоляционные лаки обладали относительно низкой тепло­ стойкостью, соответственно чему рабочая температура изолирующих материалов с пропиткой такими лаками не превышала 130° С.

В1937 г. были предложены теплостойкие лаки, главным образом

всвязи с применением стеклянного волокна для изоляции электри­ ческих машин и сухих трансформаторов.

Внастоящее время наибольшее значение имеют кремнийорганические соединения различных составов и свойств, известные под об­ щим названием силиконов. Комбинация стекловолокнистых материа­ лов с силиконами дала возможность создать новый класс теплостой­ кой изоляции, которая позволяет эксплуатировать машины при вы­ сокой рабочей температуре и, кроме того, обладает значительной влагостойкостью.

Произведенные исследования (в некоторых случаях температура испытуемых машин доходила до 400—500° С, причем машины интен-. сивно обливались водой) дают основание считать, что для изолирую­

щих материалов этого класса может быть допущена длительная рабо­ чая температура обмоток Фщ, = 180° С. Такая высокая температура позволяет резко снизить габариты и массу машины.

Но при этом следует иметь в виду, что, например, при больших плотностях тока растут потери в обмотках и, следовательно, к. п. д. машины уменьшается.

Очевидно, что при прочих равных условиях нагревание машины будет тем сильнее, чем хуже охлаждается машина, и наоборот. Поэтому с вопросами срока службы машины неразрывно связаны во­ просы ее охлаждения, в частности вопросы вентиляции. В последнее время эти вопросы приобрели весьма важное значение, так как при современном развитии электромашиностроения лучшее использование активных материалов машины может дать по электроэнергосистеме в целом значительный народнохозяйственный эффект.

476

40-2. Теория нагревания твердого тела

Прежде чем приступить к изучению нагревания электрической машины, рассматривают процесс нагревания однородного твердого тела, все точки которого находятся при одной температуре и поверх­ ность которого способна рассеивать тепло совершенно одинаково. Пусть Q — количество тепла, выделяющееся в теле в единицу времени (в 1 сек). Тогда за время dt в теле выделится Qdt единиц тепла. В об­ щем случае одна часть этого тепла пойдет на нагревание тела и, следо­ вательно, будет способствовать повышению его температуры, а дру­ гая рассеется в окружающую среду, например в воздух.

Предполагается, что за время dt температура тела возросла на <2й. Если G — масса тела и с — его теплоемкость, т. е. количество тепла, необходимое для нагревания единицы массы, например 1 кг данного тела на 1° С, то количество тепла, которое пойдет на нагрева­ ние тела за время dt,

dQc — Gcdx).

Количество тепла, рассеянное телом в окружающее пространство в 1 сек, зависит, во-первых, от величины рассеивающей поверхности, во-вторых, от способности этой поверхности рассеивать тепло и, в-третьих, от того, насколько превышает температура нагретого тела температуру окружающей среды, или, короче, от перегрева тела. Пусть S — поверхность тела; способность поверхности рассеивать тепло учитывается так называемым коэффициентом рассеяния к, который численно равен количеству тепла, рассеиваемого в единицу времени единицей данной поверхности при превышении темпера­ туры последней над температурой окружающей среды на 1° С. На­ конец, пусть температура тела превысила температуру окружающей среды на Ай градусов. Опыт показывает, что количество рассеянного телом тепла в единицу времени можно считать пропорциональным всем трем указанным величинам, т. е. равным Sk\$. Поэтому за время dt количество рассеянного телом тепла dQ}j = SkSüdt.

Следовательно, уравнение нагревания можно написать в следую­ щем виде:

В первый момент нагревания, когда превышение температуры тела Ай = 0, вся тепловая энергия идет на повышение температуры тела. Но по мере увеличения Ай все большее количество тепла рассеи­ вается. Если считать, что Q = const, то через некоторое время тело настолько нагреется, что все тепло, выделяющееся в теле, будет рас­ сеиваться в окружающую среду. В этом случае дальнейшее повыше­ ние температуры тела прекратится и наступит установившийся теп­ ловой режим, определяемый наибольшим возможным в данных усло­ виях конечным превышением температуры Айу. Из формулы (40-2) следует, что при установившемся тепловом режиме

Qdt = АЯАйуdt,

477

откуда

Таким образом, конечное превышение температуры тела не зави­ сит ни от массы тела, ни от его теплоемкости; оно определяется только количеством выделяющегося в теле тепла Q, размерами S и свойст­ вами к теплорассеивающей поверхности.

Подставляя в уравнение (40-2) значение Фу из уравнения (40-3), получают

SkАФу dt = Gcdft + SkАФ dt,

или, если вместо Sk подставим его значение из формулы (41-3), то

Из формулы (40-5) видно, что Т — величина постоянная, так как G и S можно считать постоянными, а с и к — практически постоян­

секунду Q единиц тепла без рассеяния его в окружающую среду. На этом основании величину Т называют постоянной времени нагревания.

Чтобы установить закон нагревания тела, в простейшем случае считают, что нагревание тела начинается с так называемого холод­ ного состояния, т. е. такого, когда в начальный момент нагревания t = 0, температура тела практически не отличается от температуры

где е = 2,718 — основание натуральных логарифмов. Таким обра­ зом, при Q — const превышение температуры тела идет по закону показательной функции. Линия 1, определяемая уравнением (40-7), изображена на рис. 40-1. По оси абсцисс отложено время t, а по оси ординат — превышение температуры тела АФ (в градусах стоградус­

478