Синхронный двигатель кольцевой конструкции для системы электродвижения, тепловой расчет

Температурное поле и распределения теплового потока синхронного двигателя в разрезе вида спереди.

При построении температурного поля необходимо задаться рядом данных для используемых материалов, которые приведены в таблице 6.

Объёмная плотность тепловыделения обмотки, рассчитывается по формуле:

                                                                                      (1)

Где i — ток в витке, A;

ρ — удельное сопротивление меди, при t=20⁰С ρ=16,8 e^-9 Ом·м;

l — длина витка, м;

s — площадь поперечного сечения витка, м²;

j — плотность тока в витке, А/м².

Воспользуемся формулой для вычисления объёмной плотности тепловыделения катушек: Q = (5,062·10⁶)²·16,8·10^-9 = 430500 Вт/м³.

После задания свойств материалов всем меткам блоков, задаются граничные условия. Граничные условия задаются с учетом зон теплоотвода. В нашем случае двигатель погружного типа и предназначен для работы в воде. Следовательно, в модели синхронного двигателя кольцевой конструкции нет различных элементов охлаждения. То как задавались граничные условия в для данной модели представлено на рисунках 2 и 3.

Рисунок 1. Свойства метки блока магниты

В рассматриваемой модели необходимо задать два условия 3-го рода для данной границы. Задаем коэффициент конвекции равным 6 Вт/К*м², данное значение соответствует естественной конвекции, и начальную температуру Т₀=293 К (20 ⁰С). Коэффициент поглощения поверхности 0,85 при начальной температуре Т₀=293 К (20 ⁰С).

На рисунке 2 красным изображены внутренние ребра модели. В рассматриваемой модели необходимо задать два условия 3-го рода для данной границы. Задаем коэффициент конвекции равным 150 Вт/К*м², данное значение соответствует дополнительной  конвекции, и начальную температуру Т₀=293 К (20 ⁰С). Коэффициент поглощения поверхности 0,85 при начальной температуре Т₀=293 К (20 ⁰С).

Рисунок 2.  Граничные условия для внутренних ребер

После того, как заданы все параметры меткам блоков и ребрам, переходим к решению тепловой задачи. На рисунке 3 представлено температурное поле данной решенной задачи. Источником тепла в этой  задачи будет являться электрический ток, протекающий по катушкам, которые по закону Джоуля-Ленца будут выделять тепло. Следовательно, они и будут самыми нагретыми телами, температура в которых 137 ⁰С. Вокруг катушки располагается изоляция, препятствующая нагреванию остальных тел. Для более детальной оценки нагревания тела проведем прямую поперек электрической машины, изображенную на рисунке 3.

Рисунок 3. Температурное поле

Анализируя рисунки 3  можно сделать вывод, что при приближению к центру машины температура стремиться к начально заданным условиям. В таблице 1 представлены значения температур достигаемых в элементах машины при начальных условиях 20⁰С или 293 K.

Таблица 1.

Максимальные достигаемые значения температур

По полученным данным можно сделать выводы, что вследствие работы электрической машины элементы не перенагреваются и температура не достигает критических значений. В процессе работы машины не происходит плавления элементов, и деформации вследствие нагревания метала.