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 рис. 18.3. 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

Рис. 18.3. Принцип внутренней

самовентиляции электрической машины

отверстия (жалюзи) в левом подшипниковом щите, со стороны, противоположной вен­тилятору.

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. (рис. 18.4). Вентиляцию, при которой охлаждающий газ перемещается вдоль оси машины, называют аксиальной (рис. 18.4, а), если же газ перемещается перпендикулярно оси машины по радиальным каналам, то вентиляцию называют радиальной (рис. 18.4,6)

Радиальные вентиляционные каналы получаются делением общей длины сердечника на пакеты по 40 — 60 мм. Между пакета­ми 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 само­вентиляция становится малоэффективной. Это ведет к чрезмерно­му перегреву машины. Поэтому в таких двигателях целесообразно применение независимой вентиляции (см. рис. 18.5), когда вентилятор имеет собственный привод

Рис. 18.4. Аксиальная (а) и радиальная (б) системы вентиляции:

1 — статор; 2 — ротор

(частота вращения последнего не зависит от режима работы машины). Независимую вентиляцию приме­няют также для охлаждения элек­трических машин, работающих во взрывоопасной или химически ак­тивной среде. В этом случае венти­лятор 4 (рис. 18.5, а) через трубо­провод 3 нагнетает воздух в машину 1 и по трубе 2 выбрасывает его на­ружу. Такая система независимой вентиляции называется разомкну­той в отличие от замкнутой систе­мы (рис. 18.5, 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.

Ниже приведены 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.

Рис. 18.5. Разомкнутая (а) и замкнутая (б) независимые

системы вентиляции