Материал: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник

Предельные допускаемые превышения температуры частей элект­ рических машин при температуре газообразной охлаждающей среды

Температура подшипников не должна превышать следующих предельных допускаемых значений: для подшипников скольжения 80° С (температура масла при этом не должна быть более 65° С), для подшипников качения 100° С.

Более высокая температура допускается, если применены специ­ альные подшипники качения или специальные сорта масел при соот­ ветствующих материалах вкладышей для подшипников скольжения.

40-10. Охлаждение и вентиляция электрических машин

Количество теплоты, которое может быть рассеяно в данной ма­ шине, зависит от способа охлаждения. Усовершенствование охлажде­ ния дает возможность увеличить использование активных материа­ лов машины и тем самым сделать ее легче.

По способу охлаждения машины делят на следующие основные типы: 1) с естественным охлаждением; 2) с самовентиляцией; 3) с на­

лодный воздух и прогоняет его через машину. В зависимости от того, в каком направлении движется по машине охлаждающий воздух, различают следующие две вентиляционные схемы: радиальную и осевую.

Радиальная схема вентиляции с радиальными вентиляционными каналами 1 показана на рис. 40-3. Сердечник охлаждаемой части состоит из пакетов 2 шириной 4—8 см каждый; ширина вентиляцион­ ного канала обычно 10 мм.

К преимуществам радиальной схемы вентиляции относятся про­ стота и надежность конструкции, минимальные потери энергии на вентиляцию и достаточная равномерность теплоотдачи. Недостатки этой схемы вентиляции состоят в меньшей компактности машины (так как вентиляционные каналы занимают до 20% по длине якоря), в от­ носительно меньшей по сравнению с другими системами теплоотдаче. Количество протекающего через машину охлаждающего воздуха су­

488

щественно зависит от взаимного положения каналов статора и ро­ тора: так, перемещение якоря на 2—3 мм в осевом направлении в ту или другую сторону от правильного положения влечет за собой из­ менение количества охлаждающего воздуха на 20—30%.

Осевая схема вентиляции показана на рис. 40-4. Если осевыо каналы 4 устроены только на роторе 3, то такую систему вентиляции называют простой осевой, если же каналы 1 ж4 выполнены на ста­ торе 2 и роторе 3, то получается двойная осевая схема.

Недостаток осевой схемы вентиляции состоит в неравномерности охлаждения. Действительно, левая часть машины на рис. 40-4 ох­ лаждается лучше, а правая хуже, так как воздух, пройдя по осевым каналам, успел подогреться.

Машины с наружной самовентиляцией применяются в тех случаях, когда воздух содержит взрывчатые газы или нары кислот, разруша-

Рис. 40-4. О севая си стем а в ен ти л я ц и и

ющие изоляцию, и машины должны быть закрыты, т. е. устроены так, чтобы наружный воздух не мог попасть внутрь машины. В этом слу­ чае все потери в машине могут быть отведены в окружающую среду только с наружной поверхности станины. В условиях естественнои вентиляции получается тяжелая и дорогая машина, тогда как, при­ меняя обдувание наружной поверхности станины, можно увеличить мощность машины в два-три раза. Обдувание станины производится при помощи вентилятора, вынесенного за подшипниковый щит. Чтобы усилить передачу тепла от внутренних частей машины к ее наружной поверхности, воздух внутри машины заставляют циркулировать при помощи внутренних вентиляторов.

В машинах с независимым охлаждением воздух подводится к ма­ шине при помощи независимого, т. е. имеющего собственный привод, вентилятора. Независимая вентиляция бывает двух родов: протяж­

ная и замкнутая.

Под протяжной схемой вентиляции понимают такую, когда к ма­ шине подводятся извне все новые массы холодного воздуха, которые, провентилировав машину, выводятся затем наружу в окружающую атмосферу. Чтобы предупредить загрязнение машины пылью, всегда содержащейся в воздухе, на входном отверстии трубы, подающей в машину воздух, устанавливают фильтр.

489

При замкнутой схеме вентиляции один и тот же объем воздуха совершает замкнутый цикл, а именно: проходит через машину, по­ догревается, попадает в охладители, здесь охлаждается, снова попа­ дает в машину и т. д. Замкнутая схема позволяет применить для охлаждения машины не только воздух, но и другие газы. В настоящее время для этой цели используется водород (§ 33-2Б).

40-11. Нагревание и охлаждение трансформаторов

В основном тепловой процесс в масляном трансформаторе происходит так же, как и во вращающейся машине закрытого типа, с той разницей, что вместо воздуха (или водорода) бак трансформатора заполнен маслом. Потери, возникающие при работе трансформатора в стали сердечника и в обмотках, преобразовываются в тепловую энергию, которая нагревает эти части; соприкасаясь с ними, масло

Рис. 40-5. Т р ан сф о р м ато р с тр у б чаты м баком : а_— ц и р к у ­ ляция м ас л а , б — р асп р ед ел ен и е п р евы ш ен и й тем п ер а ­ ту р ы

начинает циркулировать в направлении от нагретой выемной части (сердечника и обмоток) к более холодной поверхности бака (§ 10-5Б)

Температуры сердечника, обмоток и масла очень тесно связаны с условиями охлаждения трансформатора. Различают следующие основные способы охлаждения: естественное масляное; масляное с дутьем и принудительную циркуляцию масла с воздушным или

водяным охлаждением его.

На рис. 40-5 показаны пути циркуляции масла и распределение превышения температуры по высоте в трансформаторе с естественным масляным охлаждением. Наиболее нагретой частью с наиболее нерав­ номерно распределенной температурой является обмотка трансфор­ матора (линия 1). Поэтому срок служоы трансформатора опреде­ ляется временем износа (старения) изоляции обмотки. Превышение температуры сердечника трансформатора показано линией 2.

Отвод тепла от обмоток в масло практически происходит только путем конвекции, которая представляет собой сложное явление, за-

490

висящее как от температуры масла, так и от свойств теплорассеиваю­ щей поверхности. Превышение температуры масла показано линией 3. Согласно опытным данным, можно считать, что в обычных условиях работы трансформатора Як = 80 — 100 вт/(град-м2). Эта цифра при­ мерно в 10 раз превышает Як в воздухе (§ 40-3), и в этом состоит роль масла как теплоотводящей среды. Учитывая средние значения повы­ шения температуры обмотки относительно масла, можно допустить следующие тепловые нагрузки обмоток: а) в трансформаторах с естественным масляным охлаждением q0= 1000—1500 вт/м2; б) в трансформаторах с дутьем qa = 1400—2200 вт/м2; в) в трансформато­ рах с принудительной циркуляцией масла q0 = 2500 вт/м2 и выше.

Для охлаждения трансформатора конструкция бака имеет важное значение. Простейшая форма гладкого бака применима лишь в транс­ форматорах мощностью не более 20—30 кв-а. При больших мощно­ стях — до 2400 кв-а — применяются трубчатые баки (рис. 10-19), а затем баки радиаторного типа с естественной циркуляцией масла для мощностей до 7500 кв-а включительно или с обдувом (рис. 10-20) для мощностей от 10 000 кв-а и выше. Превышение температуры по­ верхности труб показано линией 4 на рис. 40-5. Трансформаторы с принудительной циркуляцией масла имеют гладкие баки и обору­ дованы насосной установкой.

Согласно ГОСТ 11677—65, превышения температуры частей мас­ ляного трансформатора над температурой охлаждающей среды при тепловых испытаниях не должны превышать следующих значений:

Превышение температуры обмоток, сердечника и конструктивных деталей сухого трансформатора должно соответствовать табл. 40-1.

В аварийных случаях масляные трансформаторы должны допу­ скать одну из следующих кратковременных перегрузок сверх номи­ нального тока (независимо от длительности предшествующей на­ грузки, температуры охлаждающей среды и места установки): 30% в течение 2 ч, 45% — 80 мин, 60% — 45 мин, 75% — 20 мин, 100% — 10 мин, 200% — 1,5 мин.

Для сухих трансформаторов перегрузка в аварийных случаях устанавливается значительно меньшей: 20% в течение 1 ч, 30% — 45 мин, 40% — 32 мин, 50% — 18 мин, 60% — 5 мин.

491