Нагрев катушек электрических аппаратов

Особен­ности укладки проводников при намотке и наличии изоляции про­водников обусловливают неоднородность тела катушки (металл проводника, изоляционный покров проводника, промежутки между ними). В связи с этим возникают трудности расчета перепада тем­пературы в толще катушки. Для облегчения расчетов перепада тем­пературы в толще катушки вводят понятие о замещающем теле катушки. При этом сложную действительную картину путей теплового потока в толще катушки заменяют упрощенной, когда тепловой поток проходит через однородное тело с коэффици­ентом теплопроводности (коэффициент теплопроводности замещаю­щего тела катушки). Расчет величины лучше всего производить на основе опытных данных. Для проводников, изолированных раз­личными  изоляционными материалами, с разными толщинами изоляции и раз­мерами поперечного сече­ния проводника коэффици­енты теплопроводности замещающего тела катуш­ки  будут  различными. Кроме того, большое влия­ние на величину оказы­вают пропитка толщи ка­тушки изоляционными ла­ками и качество намотки (плотность намотки, ряд­ность). Коэффи­циент теплопроводности замещающего тела для непропитанных катушек, намотанных мед­ными проводниками, круглого сечения при рядовой намотке может быть выражен следующей эмпирической формулой:

,

где — коэффициент теплопроводности изоляции обмоточного провода;  – коэффициент теплопроводности воздуха;   d – диаметр проводника;  – толщина изоляции на проводнике.

Для пропитанных катушек рекомендуется другая эмпирическая формула

,

где — средний коэффициент теплопроводности изоляции про­водника и пропиточного лака, заполняющего проме­жутки между соседними проводниками.

Для шахматной намотки коэффициент теплопро­водности замещающего тела катушки несколько выше, чем при рядовой намотке:

— для непропитанных катушек  ;

— для пропитанных катушек  .

Значения коэффициентов теплопроводности изоляции различ­ных проводников сведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Коэффициенты теплопроводности изоляции различных обмоточных  проводников

Марка

провода

Теплопроводность изоляции провода, Вт/(см2×°C) Диапазон температур при опытах Марка

провода

Теплопро-водность изоляции провода, Вт/(см2×°C) Диапазон температур при опытах
ПЭВ

ПЭТВ

ПСДК

0,00122

0,00129

0,00157

50 – 140

50 – 140

150 -350

ПСД

ПБД

ПЭЛ

0,00222

0,00130

0,00080

100 – 250

50 – 140

50 – 140

Качество намотки, т.е. плотность укладки проводников и ряд­ность, оказывает существенное влияние на коэффициент заполнения обмоточного окна. Коэффициент за­полнения обмоточного окна можно определить как отношение объема металла проводника в катушке к объему, занятому катушкой, или как отношение суммарного поперечного сечения металла проводников катушки к общей площади поперечного сечения катушки, занятого проволокой

,

где — длина среднего витка в катушке.

Если сопротивление катушки и ток I, то мощность, выделя­емая в катушке, может быть выражена равенством

,

где   — длина среднего витка;  v – число витков в катушке;    – плотность тока в проводнике; r – удельное электрическое сопротивление;   — объем металла проводника в катушке.

Из данного выражения видно, что мощность q, выделяемая в еди­нице объема, занятого проводниками, равна

Значения коэффициентов заполнения некоторых типов круглых проводников обмотки приведены  в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Значения коэффициентов заполнения kз круглых проводников обмотки

Диаметр го­лой прово­локи, мм

Ручная намотка

Автоматическая  намотка

Гильза

цилиндрическая

Гильза

прямо­уголь­ная

Гильза  прямо­угольная,

прокладка

через один слой

Гильза  прямо­угольная, прокладка

через два слоя

Гильза

цилиндри-ческая,

прокладка

через один слой

Гильза прямоугольная,

прокладка

через один слой

0,05

0,300

0,10

0,440

0,420

0,285

0,350

0,38

0,36

0,15

0,495

0,475

0,390

0,20

0,535

0,515

0,350

0,425

0,48

0,44

0,25

0,460

0,30

0,385

0,54

0,37

0,40

0,410

0,57

0,53

Важно отметить, что коэффициент заполнения увеличивается с увеличением диаметра проводника, что, в основном, обусловлено из­менением соотношения между диаметром неизолированного провод­ника и толщиной изоляции. Начиная с некоторого диаметра про­водника (0,5…0,6 мм), дальнейшее его увеличение мало влияет на изменение коэффициента заполнения.

Намагничивающая сила обмотки постоянного тока является весь­ма важной величиной при расчетах

,

т.е.  ,

где сопротивление среднего витка катушки.

Из представленной формулы видно, что намагничивающая сила обмотки постоянного тока прямо пропорциональна напряжению на обмотке и обратно пропорциональна сопротивлению среднего витка.

Из этой же формулы вытекает зависимость между диаметром про­волоки и намагничивающей силой обмотки

.

Обозначим площадь обмоточного окна, занятого проводниками обмотки,, тогда

, т.е.  .

Так как сопротивление обмотки , то, подставляя в последнее

выражение   , получим    .

Зная, что мощность, потребляемая катушкой

,

и  учитывая сопротивление, получим:

,

т.е. мощность, потребляемая обмоткой, прямо пропорциональна квадрату намагничивающей силы при заданной площади обмоточного окна и длине среднего витка и обратно пропорциональна коэф­фициенту заполнения .

Adblock
detector