TÍNH TOÁN NHIỆT Chương 6e

Chia sẻ: Nguyen Van Binh Binh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

158
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhiệm vụ tính toán Khi đã có các thông số của cuộn dây thiết kế ra ta cần phải kiểm nghiệm lại để xác định được nhiệt độ bề mặt cuộn dây , nhiệt độ các lớp bên trong dây quấn , bên trong cuộn dây . Trên cơ sở đó có thể hiệu chỉnh kết cẩu cho thích hợp nhằm bảo đảm nhiệt độ phát nóng của dây quấn không được vượt quá nhiệt độ cho phép của nó . Có thể hiệu chỉnh kết cấu theo hướng sau : -Sử dụng vật liệu cách điện có cấp...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: TÍNH TOÁN NHIỆT Chương 6e

TÍNH TOÁN NHIỆT CUỘN DÂY I/ Nhiệm vụ trình tự tính toán và các số liệu làm việc ban đầu : 1- Nhiệm vụ tính toán Khi đã có các thông số của cuộn dây thiết kế ra ta cần phải kiểm nghiệm lại để xác định được nhiệt độ bề mặt cuộn dây , nhiệt độ các lớp bên trong dây quấn , bên trong cuộn dây . Trên cơ sở đó có thể hiệu chỉnh kết cẩu cho thích hợp nhằm bảo đảm nhiệt độ phát nóng của dây quấn không được vượt quá nhiệt độ cho phép của nó . Có thể hiệu chỉnh kết cấu theo hướng sau : -Sử dụng vật liệu cách điện có cấp chịu nóng cao hơn cho dây quấn và cuộn dây . - Dùng các biện pháp tăng cường sự toả nhiệt của cuộn dây : giảm nhiệt trở giữa cuộn dây và lõi thép trong trường hợp cuộn dây nóng hơn lõi thép , tẩm sơn cuộn dây , làm mát nhân tạo , tăng tính dẫn nhiệt của lớp bên ngoài cuộn dây ,sử dụng sơn phủ bên ngoài có độ đen cao để tăng cuộn bức xạ , tăng kích thước cuộn dây dẫn để tăng kích thước mạch từ . 2-Tính từ tính toán : a - Xác định các số liệu ban đầu b - Tính toán nhiệt độ bề mặt cuộn dây c – Tính toán nhiệt độ trung bình và nhiệt độ lớn nhất của các lớp dây quấn bên trong cuôn dây . d - Hiệu chỉnh chính xác các thông số của cuộn dây theo nhiệt độ tính toán . 3- Các số liệu ban đầu a- Kết cấu nam châm điện và các kích thước của nó b – Công suất cung cấp cho cuộn dây , các thành phần của công suất đối với nam châm điện xoay chiều c- Nhiệt độ môi trường xung quanh và nhiệt độ phát nóng cho phép của cuộn dây . d – các hệ số toả nhiệt , nhiệt dung riêng II / Tính toán nhiệt độ bề mặt của cuộn dây : để tính toán nhiệt độ bề mặt của cuộn dây ở chế độ dài hạn ta có thể dùng công thức New ton (6-12 ) P = Kt . Sbm τ Các thông số trong công thức được xác định như sau : a- Công suất cung cấp cho cuộn dây P
Cần phải xác định công suất ở điện áp cung cấp lớn nhất . Đối với cuộn dây của nam châm điện 1 chiều tổn hao chỉ do điện trở thuần của dây quấn sinh ra bằng : P = I2R (W) Đối với cuộn dây của nam châm điện xoay chiều ,tổn hao sẽ là : P = Pdq + Pt + Px + Pvn Ở đây Pdq tổn hao trong dây quấn Pdq = I2R Pt - T ổn hao do hiện tượng từ trễ Px – Tổn hao do dòng xoáy Pnv - Tổn hao trong vòng ngắn mạch cấc giá trị Pt , Px , Pnv đã được tính toán ở phần trước ,khi tính toán nhiệt độ của mạch từ cần phải tăng thêm tổn hao tạo ra ở phần vòng ngắn mạch đặt trên mạch từ . 2.Bề mặt toả nhiệt Bề mặt toả nhiệt của cuộn dây bao gồm bề mặt ngoài cuộn dây Sn và bề mặt trong cuộn dây St và bề mặt của hai mặt đầu cuộn dây . - Đối với cuộn dây một chiều phần lớn bề mặt một đầu của cuộn dây một chiều nhỏ hơn so với chiều dài cuộn dây và mặt đầu có vòng đệm bằng vật liệu cách điện dày nên sự toả nhiệt qua mặt đầu thường nhỏ và có thể bỏ qua .Trường hợp đường kính của vòng đệm mặt đầu lớn hơn so với chiều dài cuộn dây ta phải tính cả bề mặt mặt đầu cuộn dây . - Khi toả nhiệt chỉ có bề mặt bên ngoài Sn và bề mặt bên trong St bề mặt tính toán của cuộn dây có thể tính S = Sn + kSt Trong đó k là hệ số đặc trưng hiệu quả toả nhiệt của bề mặt trong với bề mặt ngoài cuộn dây và k được lấy theo thực nghiệm . Cuộn dây có khung toả nhiệt kém k = 0 Cuộn dây không khung bọc bằng cách điện k = 0.9 Cuộn dây có khung (giấy , các tông tẩm bakelit) thì k = 1 Cuộn dây quấn trên ống kim loại k = 1.7 Cuộn dây quấn trên lõi thép k = 2.4 Sự toả nhiệt của cuộn dây vào lõi thép có thể xác định chính xác hơn bằng cách đưa vào hệ số toả nhiệt tương Kttđ tính đến sự truyền nhiệt qua lớp cách điện và không khí trung gian và bề mặt toả nhiệt của mạch từ .
1 K ttd =  i  1 iSt K tm  Sm St Ở đây i và i là chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp cách điện và không khí trung gian giữa dây quấn và lõi thép . St bề mặt toả nhiệt bên trong cuộn dây Ktm Hệ số toả nhiệt từ bề mặt mạch từ vào môi trường xung quanh . Sm bề mặt làm mát của mạch từ . Đối với cuộn dây nam châm điện xoay chiều trong trường hợp tổn hao trong thép không đáng kể và nhiệt độ mạch từ thấp . Bề mặt toả nhiệt có thể lấy như đối với một chiều . Trong trường hợp tổn hao trong lõi thép lớn , nhiệt độ mạch từ cao gần như nhiệt độ bên trong cuộn dây thì ta coi như cuộn dây không truyền nhiệt vào trong mạch từ và S = Sn . Đối với các cuộn dây được bao bọc bởi các chi tiết khác , việc tính toán nhiệt cho cuộn dây phải tiến hành tính quá trình truyền nhiệt từ cuộn dây đền bề mặt toả nhiệt bên ngoài . 3- Hệ số toả nhiệt Kt Khi dùng công thức Newton hệ số toả nhiệt được lấy như ở bảng 6-5 . Khi cần xác định chính xác Kt ta phải tiến hành tính toán riêng lẻ từng dạng trao đổi nhiệt . III/- TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘ TRUNG BÌNH VÀ NHIỆT ĐỘ LỚN NHẤT CỦA CÁC LỚP DÂY CUỐN BÊN TRONG Sự phân bố nhiệt độ bên trong cuộn dây rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau . Trong khi tính toán , để đơn giản ta giả thiết như sau : 1- Nhiệt độ trên toàn bộ bề mặt toả nhiệt là như nhau . 2- Nguồn nhiệt bên trong phân bố đồng đều theo thể tích . 3- Trường nhiệt ở các tiết diện có bán kính khác nhau là như nhau (như ở cuộn dây hình chữ nhật ) thực nghiệm chứng minh rằng chỉ sai số 2-3 4- Kết cấu phức tạp của dây quấn gồm dây dẫn kim loại , cách điện , các loại sơn tẩm , các lớp
không khí trung gian được coi như vật thể đồng nhất có hệ số dẫn nhiệt tương đương không phụ thuộc vào nhiệt độ theo thể tích cuộn dây. 5 – Khi không có toả nhiệt ở mặt đầu cuộn dây có thể coi điều kiện phát nóng của cuộn dây như phát nóng của cuộn dây có chiều dài vô cùng . 1-Nhiệt độ trung bình của cuộn dây đường cong biểu thị sự thay đổi nhiệt độ bên trong dây quấn gần với đường parabol bậc hai và giá trị trung bình vủa nhiệt độ Өtb và độ tăng nhiệt trung bình thường bằng 2/3 giá trị cực đại Өmax Thực tế , muốn xác định nhiệt độ trung bình của cuộn dây thường dùng phương pháp nhiệt trở nhiệt độ trung bình của dây quấn được quy đình trong tiêu chuẩn . 2-Tính toán nhiệt độ lớn nhất của dây quấn Tuỳ theo cấu tạo của mỗi một cuộn dây mà vị trí điểm nóng nhất của cuộn dây thay đổi . a) Các cuộn dây có sự toả nhiệt ở mọi phía đều như nhau thì các vòng dây ở giữa thiết diện . ngang của cuộn dây là nóng nhất. b) Các cuộn dây có bề mặt toả nhiệt là bề mặt trong và bề mặt ngoài . Còn hai mặt đầu không toả nhiệt thì lớp dây ở giữa tiết diện ngang cuộn dây là nóng nhất . c) Các cuộn dây chỉ có bề mặt toả nhiệt là bề mặt ngoài, còn các bề mặt khác toả nhiệt rất khó khăn thì lớp dây ở bề mặt trong là nóng nhất, loại này thường là cuộn dây của nam châm điện xoay chiều . Nếu bề mặt toả nhiệt gồm tất cả các bề mặt ngoài , trong và mặt đầu nhưng hệ số toả nhiệt của các bề mặt đó khác nhau thì vị trí điểm nóng nhất cũng thay đổi . Với các giả thiết ở trên nhiệt độ tăng nhiệt lớn nhất của các lớp dây quấn bên trong có thể xác định từ công thức sau : Đối với cuộn dây hình trụ : Prmax  rmax  2  max - n = p 4td  rn2  rmax  + ln 2td  rn    
Đối với cuộn dây hình chữ nhật 2 p  A  Adqt   max - n =  htd  dq max    4td  2  Trong đó : P là tổn hao trong một đơn vị thể tích dây quấn P PӨ = Vdq rn và rmax là bán kính bề mặt ngoài dây quấn và bán kính chỗ phát nóng lớn nhất hdq - chiều cao dây quấn (m) Adqt và Adqn - kích thước bên trong dây quấn và kích thước lớp dây quấn nóng nhất .  td - hệ số dẫn nhiệt tương của cuộn dây được tính như ở phần sau .: 3-Tính toán hệ số dẫn nhiệt tương đương của dây quấn Dây quấn cuộn dây bao gồm nhiều loại vật liệu khác nhau như kim loại , cách điện của dây dẫn , cách điện của các lớp dây dẫn , sơn tẩm và không khí giữa các vòng dây được coi như là vật thể đồng nhất có hệ số dẫn nhiệt tương đương là td = kcd ở đây K = hệ số tính đến sự phụ thuộc của đường đồng nhiệt vào đặc điểm xếp đặt dây dẫn (quấn thường Kqt hay quấn xen kẽ Kx) , đường kính dây dẫn , chiều dày cách điện giữa các lớp ,có thể tìm k trong hình 6-7. d Hình 6-7 : Sự phụ thuộc của hệ số Kth và Kth vào tỷ số và hệ số d cd lấp đầy dây quấn Khi quấn thường và quấn xen kẽ Giả thiết rằng nhiệt độ ở tiết diện phần kim loại dây dẫn là như nhau và toàn bộ bộ giảm nhiệt đô(tạo ra độ chênh nhiệt )xảy ra ở lớp cách điện , hệ số dẫn nhiệt của lớp cách điện sẽ được biểu thị bằng :
2  2b  2 cd = 2 2b     b  Trong đó  ,b,  - chiều dày cách điện của dây dẫn , của sơn tẩm hoặc không khí , của cách điện giữa các lớp .  , b ,  - Hệ số dẫn nhiệt tương ứng với các lớp  ,b,  chỉ trong bảng (3-8) Đối với dây dẫn tròn chiều dày của sơn tẩm hoặc không khí được xác định như sau : Dây quấn thường d cd  2  2bth =  2 1  d  d cd arcsin d dd  2  2 d cd d d cd    Dây quấn xen kẽ : d  2  2bx = cd  2 4  d  2 d cd arcsin d  2  d cd d d cd    Bảng 6-8 : Hệ số dẫn nhiệt của cách điện dây dẫn cách điện giữa các vòng dây , giữa các lớp dây . Hệ số Khồn tẩm sơn cách Có tẩm sơn cách Vật liệu cách điện điện điện  0.06 - 0.07 0.11 - 0.12 ПЪ0, 0.08 - 0.09 0.13 - 0.15 0.10 - 0.19 0.15 - 0.2 0.2 - 0.25 0.23 - 0.3 B 0.02 - 0.03 0.15 - 0.3 Lớp không khí mỏng  0.07 - 0.43 0.11 - 0.18 Cách điện giấy