Методичні вказівки icon

Методичні вказівки




Скачати 471.77 Kb.
НазваМетодичні вказівки
Сторінка4/9
Дата27.07.2012
Розмір471.77 Kb.
ТипРозрахунок
1   2   3   4   5   6   7   8   9
^

2 МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ
В ЕЛЕКТРИЧНИХ АПАРАТАХ



Мета: ознайомити студентів з методами розрахунку теплових процесів в електричних апаратах.

Для ефективної роботи студентів з даної теми рекомендується самостійне ознайомлення з матеріалами, що викладені у [1, п.1.2] та [2, гл.2].

Задача для семестрового контролю знань студентів

Задача С-2. Розрахуйте середнє перевищення температури обмотки електромагніта за вихідними даними, які наведені у табл. 2.1 [1].

Таблиця 2.1



вар.

Розміри обмотки, мм

, Вт

, В

, А

Конструкція обмотки

Струм







1

20

40

60

12

--

--

з бандажем

пост.

2

20

40

60

--

12

1

намотана на

металеву гільзу

пост.

3

20

40

60

--

12

1

намотана на осердя

пост.

4

20

40

60

12

--

--

намотана на ізоляційний каркас

пост.

5

20

40

60

12

--

--

намотана на ізоляційний каркас

змін.

6

16

30

40

8

--

--

з бандажем

пост.

7

16

30

60

10

--

--

з бандажем

пост.

8

16

30

60

8

--

--

з бандажем

пост.

9

24

40

40

--

24

0,5

намотана на

металеву гільзу

пост.

10

16

30

60

--

24

0,5

намотана на осердя

пост.

Примітка. Узяти коефіцієнт тепловіддачі обмотки Вт/(см2град).


    1. Прості методи розрахунку нагріву й охолодження частин електричних апаратів

Мета: ознайомити студентів з простими методами розрахунку нагріву й охолодження частин електричних апаратів.

^ Короткі теоретичні відомості

Енергія, що виділяється в провіднику:

,

де – струм у провіднику, А; – час протікання струму, с; – опір, Ом.

Опір провідника при протіканні через нього постійного струму:

,

де – питомий електричний опір матеріалу провідника, Омм; – довжина, м; – площа поперечного перерізу, м2.

Залежність від температури:

,

де – питомий електричний опір матеріалу провідника при ;
– температура нагріву провідника, ; – температурний коефіцієнт питомого електричного опору матеріалу провідника.

Опір провідника при протіканні через нього змінного струму:

,

де – опір при постійному струмі; – коефіцієнт додаткових втрат; – коефіцієнт поверхневого ефекту (рис. А.1, А.2, А.3); – коефіцієнт ефекту близькості (рис. А.4, А.5).

Тепловіддача з поверхонь нагрітих тіл:

.

Втрати енергії, що виділяється у котушці:

,

де – довжина середнього витка; – число витків котушки; – площа поверхні охолодження.

^ Формула Н.Є. Лисова для знаходження втрат потужності при протіканні змінного струму по провідниках з феромагнітного матеріалу:

,

де – теплова потужність; – периметр поперечного перерізу провідника.

У випадку котушки з феромагнітним осердям замість підставляють довжину середньої магнітної силової лінії, а замість – значення .

Формула Ньютона-Ріхмана для знаходження кількості тепла, яке відводиться з поверхні нагрітого тіла в навколишнє середовище у стаціонарному режимі:

,

де – коефіцієнт тепловіддачі; – температура поверхні; – температура навколишнього середовища.

Рівняння кривої нагріву:

,

де , – перевищення температури тіла над температурою навколишнього середовища (н.с.); – усталене значення перевищення температури над температурою н.с.; – час; – постійна часу нагріва тіла.

Рівняння кривої охолодження тіла з початковою температурою :

.

Стала часу нагріву тіла:

,

де – теплоємність тіла: ; – питома теплоємність матеріалу тіла;
– маса тіла;

^ Формула Ньютона для знаходження встановленого перевищення температури намагнічувальної котушки:

,

де – потужність, що виділяється в котушці; – узагальнений коефіцієнт тепловіддачі з поверхні котушки; – еквівалентна площа поверхні котушки,

,

де – площа зовнішньої поверхні котушки; – площа внутрішньої поверхні котушки; – коефіцієнт, який враховує різницю тепловіддачі із внутрішньої поверхні котушки та зовнішньої.

Задачі

Задача 2.1.1. Визначити коефіцієнт поверхневого ефекту для алюмінієвої шини, нагрітої змінним струмом промислової частоти до температури , для випадків: а) шина круглого перерізу мм; б) шина трубчаста мм, мм; в) те ж саме, але мм, мм.

Задача 2.1.2. Визначити коефіцієнт поверхневого ефекту й втрати електричної енергії в одному метрі довжини сталевої трубчастої шини, яка має зовнішній діаметр мм, а внутрішній мм. По шині, температура якої 110°С, протікає струм з промисловою частотою Гц.

Задача 2.1.3. Визначити теплові втрати в чавунному кільці, що охоплює провідник зі струмом , частотою Гц. Внутрішній діаметр кільця мм, зовнішній діаметр кільця мм, його висота мм.

Задача 2.1.4. Записати рівняння кривої нагрівання круглого мідного провідника діаметром мм, по якому протікає постійний струм . Відомо, що середній коефіцієнт тепловіддачі з поверхні провідника Вт/(м2град), температура навколишнього середовища, яким є спокійне повітря, , а середня величина питомого опору міді за час наростання температури Омм.

Задача 2.1.5. Написати рівняння кривої нагрівання мідного круглого провідника мм із урахуванням зміни його питомого опору від температури, якщо у момент часу через нього протікає струм . Провідник розташований у спокійному повітрі, температура якого , а коефіцієнт тепловіддачі із зовнішньої поверхні Вт/(м2град).



    1. ^ Теплопровідність, конвекція, теплове випромінювання

Мета: ознайомити студентів з методами розрахунку нагріву і охолодження елементів електричних апаратів з урахуванням конвекції, випромінювання і теплопровідності.

^ Короткі теоретичні відомості

Теплопровідність – це процес передачі тепла між безпосередньо контактуючими частинками, який зумовлений тепловим рухом молекул чи атомів речовини, а в металах – вільних електронів.

^ Закон Ома для теплопровідності:

,

де – перепад температур на шляху теплового потоку; – тепловий потік, Вт; – тепловий опір, град/Вт (табл. А.3):

,

де – товщина шару, через який проходить тепловий потік; – питома теплопровідність; – поверхня, через яку здійснюється теплообмін.

Для ряду стінок тепловий опір:

.

Об’ємна густина джерел тепла в котушці:

,

де – магніторушійна сила котушки; – питомий опір матеріалу провідника котушки; – площа вікна обмотки; – коефіцієнт заповнення вікна обмоткою.

Конвекція – це передача тепла, пов’язана з переміщенням об’ємів нагрітого газу чи рідини.

Кількість тепла, що передається конвекцією:

,

де – тепло, що відводиться з поверхні , м, за 1с, Вт; – коефіцієнт тепловіддачі конвекцією Вт/(мград); , – температури відповідно поверхні, яка охолоджується, і охолодного середовища, ; – площа поверхні, яка охолоджується, м2.

^ Теплове випромінювання – процес передачі тепла в навколишнє середовище шляхом випромінювання електромагнітних хвиль.

Рівняння Стефана-Больцмана для знаходження тепла, що віддається тілом за рахунок випромінювання:

,

де – тепло, Вт, яке віддається за 1с з поверхні більш нагрітого тіла , м2, при температурі тіла , , і температурі „холодного” тіла , , з поверхнею, м2; – ступінь чорноти тіла; – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, що дорівнює Вт/(м2.К4);

Теплообмін випромінюванням між двома випуклими тілами, що знаходяться на деякій відстані одне від одного:

,

де та – середні значення кутових коефіцієнтів теплообміну випромінюванням між 1-м і 2-м та 2-м і 1-м тілами [2].

Коефіцієнт теплопередачі випромінюванням:

.

Задачі

Задача 2.2.1. Визначити коефіцієнт тепловіддачі тепла конвекцією з бічної зовнішньої поверхні циліндричної котушки індуктивності заввишки мм, розташованої вертикально в спокійному повітрі, температура якого . Котушка достатньо віддалена від інших пристроїв. У результаті протікання по ній струму температура її поверхні становить .

Задача 2.2.2. Визначити температуру поверхні та коефіцієнт тепловіддачі круглої мідної шини діаметром мм, якщо по ній пропускається постійний струм . Шина охолоджується поперечним потоком трансформаторного масла, швидкість якого 1 м/с, температура .

Задача 2.2.3. Визначити, яка кількість тепла передається випромінюванням у сталому режимі теплообміну від нагрітої шини до холодної, якщо шини розміром мм2 розташовані паралельно одна одній на відстані мм. Шина, по якій протікає змінний струм, нагрівається до температури . Температура другої шини . Обидві шини мідні та пофарбовані масляною фарбою.

Задача 2.2.4. Визначити кількість тепла, яке передається через м2 текстолітової плоскої стінки, завтовшки мм. Різниця температур поверхонь стінки .

Задача 2.2.5. Обчислити температуру поверхні мідного стрижня діаметром мм, який знаходиться всередині металевої труби мм. По стрижню протікає постійний струм , температура внутрішньої поверхні труби . Між стрижнем і трубою знаходиться сухе повітря. Уважати, що передача тепла здійснюється тільки теплопровідністю. Урахувати залежність теплопровідності повітря від температури.

Задача 2.2.6. Визначити допустиму величину струму для алюмінієвої круглої шини, ізольованої шаром паперової ізоляції завтовшки мм. Діаметр шини мм. Максимально допустима температура ізоляції . Шина розташована горизонтально в спокійному повітрі, температура якого .

Питання за темою

  1. Назвіть основні джерела тепла в електричних апаратах.

  2. Напишіть закон Джоуля-Ленца в диференціальній та інтегральній формах.

  3. Наведіть якісну криву розподілу щільності змінного струму по перерізу прямокутної шини.

  4. Чим пояснити нагрів неструмоведучих феромагнітних частин електричних апаратів, що знаходяться поблизу провідників зі змінним струмом?

  5. Чи залежить коефіцієнт поверхневого ефекту від геометрії провідника?

  6. Складіть аналогову схему заміщення для випадку ізольованої з двох боків плоскої стінки з внутрішніми рівномірно розподіленими джерелами тепла (тепловіддача відбувається з двох боків стінки).
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Схожі:

Методичні вказівки iconМетодичні вказівки до проведення семінарських та практичних занять з курсу «Методика викладання у вищій школі» для студентів спеціальності 050201 «Менеджмент організацій» окп «Магістр»
Методичні вказівки до виконання дипломної роботи спеціаліста: підготовка, написання, захист. Методичні вказівки / Упор. Ґудзь П....
Методичні вказівки iconМетодичні вказівки до самостійного вивчення матеріалу, індивідуальні завдання та методичні вказівки до їх виконання
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни ²Міжнародний маркетинг² для студентів напряму...
Методичні вказівки iconМетодичні вказівки до самостійного вивчення матеріалу, індивідуальні завдання та методичні вказівки до їх виконання
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Менеджмент в енергетиці» для студентів спеціальності...
Методичні вказівки iconМетодичні вказівки до самостійного вивчення матеріалу, індивідуальні завдання та методичні вказівки до їх виконання
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни ²Менеджмент персоналу² для студентів спеціальності...
Методичні вказівки iconМетодичні вказівки до їх вивчення, контрольні питання для самоперевірки, що наведені після кожної теми дисципліни, методичні вказівки до виконання контрольної роботи
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни "Економіка енергетики" для студентів напряму...
Методичні вказівки iconМетодичні вказівки до їх вивчення, контрольні питання для самоперевірки, що наведені після кожної теми дисципліни, методичні вказівки до виконання контрольної роботи
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни "Економіка та фінанси підприємства" для студентів...
Методичні вказівки iconМетодичні вказівки до вивчення тем, перелік розділів, що виносяться на самостійне опрацювання студентів, варіанти індивідуальних завдань, перелік літератури. Методичні вказівки укладені з урахуванням вимог державного освітнього стандарту
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни “Страховий менеджмент” для студентів спеціальності...
Методичні вказівки iconМетодичні вказівки до самостійного вивчення тем, передбачених програмою дисципліни «Mенеджмент», завдання до контрольної роботи та методичні вказівки до її виконання
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Mенеджмент» для студентів напрямів 050502 –...
Методичні вказівки icon2765 Методичні вказівки
Методичні вказівки до практичних та самостійних занять з курсу «Методи синтезу та оптимізації» для студентів
Методичні вказівки iconМетодичні вказівки
С. С. Душкін, Т. О. Шевченко методичні вказівки для проведення практичних занять, лабораторних робіт
Методичні вказівки iconФінанси І кредит методичні вказівки
Методичні вказівки по проведенню практичних занять з дисципліни «Банківські операції»
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи