Tài liệu TÍNH TOÁN NHIỆT Chương 6c doc

TÍNH TOÁN PHÁT NÓNG Ở CÁC QUÁ TRÌNH KHÔNG ỔN ĐỊNH
NHIỆT.
I/- HẰNG SỐ THỜI GIAN PHÁT NÓNG.
Hằng số thời gian phát nóng được định nghĩa là thời gian từ khi bắt đầu
cho nguồn nhiệt vào vật phát nóng dến khi vật phát nóng đạt nhiệt độ ổn
định, nếu nhiệt độ k
hông toả ra môi trường chung quanh. Đối với vật phát
nóng đồng nhất hằng số thời gian phát nóng bằng :
T =
K
S
MC
t
.
.
( 6-13)
Trong đó :
C - nhiệt dung riêng của vật phát nóng J/kG.
0
C
M - kh
ối lượng của vật phát nóng kG
K
t
- hệ số toả nhiệt chung W/m
2
.
0
C
S - di
ện tích bề mặt toả nhiệt m

2
Để xác định chính xác hằng số thời gian phát nóng của một bộ phận khí
cụ điện gồm nhiều chi tiết bằng vật liệu khác nhau, ví dụ như nam châm điện
gồm có các loại vật liệu như đồng, thép, cách điện là rất phức tạp cho nên
trong th
ực tế tính toán ta có thể tính bằng công thức đơn giản sau :
T =
K
S
M
C
M
C
t
t
t
d
d
.
.
.
.


( 6-14)
Trong đ ó :
C
d
, C
t

- nhiệt dung riêng của đồng và thép.
M
d
, M
t
- khối kượng đồng và thép.
 - hệ số xét đến sự truyền nhiệt từ đồng đến thép.
Độ lớn
 phụ thuộc vào thời gian phát nóng và giá trị  =
S
M
G
t
.
- Khi t < T/3 - nếu nhiệt truyền từ cuộn dây sang lõi thép tốt ( cuộn dây
không có khung dây ) thì 
t
= 0,55.
N
ếu nhiệt truyền từ cuộn dây sang lõi thép kém thì 
k
= 0,45.
- Khi t < T/3 và
 = 1,25 thì 
t
= 0,55.


k
= 0,45.

 > 5 thì 
t
= 0,272.


k
= 0,225.
- Khi t < T/3 và 1,2 <
 < 5 thì

t
= 0,55. ( 0,5 + 0,5.
75,3
5


)


k
= 0,45. ( 0,5 + 0,5 .
75,3
5


)
II/- TÍNH TOÁN NHI
ỆT Ở CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC NGẮN HẠN.
Ch

ế độ làm việc ngắn hạn là chế độ mà thiết bị làm việc ở thời gian
ngắn rồi nghỉ, có thể đặc trưng bằng chu kỳ làm việc có thời gian làm việc t
lv
< 4.T và thời gian nghỉ khi dòng phụ tải giữ không đổi.
Trong tính toán ta thường tính thời gian l
àm việc ngắn hạn tính toán
b
ằng 3 lần thời gian làm việc ngắn hạn của chu kỳ làm việc để nói lên khả
năng thiết bị điện phải khởi động lâu hơn b
ình thường.
Các thông số cần xác định khi tính toán nhiệt là : độ tăng nhiệt, công
suất, dòng điện, hệ số quá tải dòng điện, hệ số quá tải công suất và thời gian
làm việc liên tục cho phép.
Độ tăng nhiệt cho phép ở chế độ l
àm việc ngắn hạn trong khí cụ điện
lấy như ở chế độ làm việc dài hạn như trong bảng 6-1 dã nêu.
Kh
ả năng quá tải công suất ( hay dòng điện ) của các bộ phận cũng như
toàn bộ khí cụ điện ở chế độ ngắn hạn sẽ lớn hơn ở chế độ dài hạn.
Khả năng quá tải được đặc trưng bằng hệ số quá tải K
p
hoặc K
I
:
K
p
=
P
P
dh

nh
; K
I
=
I
I
dh
nh
( 6-15)
Trên hình 5-5 bi
ểu thị sự phụ thuộc của
K
I
1
vào tỷ số giữa thời gian
làm việc ngắn hạn và hằng số thời gian phát nóng
T
nh
t
.
Hình 6-5: Sự phụ thuộc của năng lực quá tải của cá thông số thời gian ở
chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại.
Mật độ dòng điện cho phép ở chế độ nhắn hạn trong dây quấn đồng
cho trong bảng 6-6 và trong thanh dẫn trong bảng 6-7.
Bảng 6-6 : Trị số mật độ dòng điện cho phép trong dây quấn đồng
trong thời gian làm việc 1 giây.
304
305
Bảng 6.7: Mật đọ dòng bền nhiệt đối với vật dẫn bằng các vật liêuj khác
nhau (d

ạng thanh, dạng trụ…)
Mật độ dòng cho phép
Vật liệu
3 s 4 s 5 s
Đồng
94 82 51
Đồng thau
44 38 24
Nhôm
48 42 27
Có thể tính đổi giá trị dòng điện và thời gian này giá trị dòng điện và thời
gian khác theo quan hệ sau:
2
2
21
2
1
tItI 

Hay
2211
tItI 
(6-15)
Trong thực tế thường gặp trường hợp chế độ làm việc rất ngắn hạn tức là
t
nh
<< T và việc tính toán ở chế độ này sẽ đơn giản hơn như ví dụ dưới đây:
Ví dụ 6-1 : Hãy xác định khả năng quá tải và các thông số tương ứng của
thanh dẫn vào của 1 khí cụ điện để kiểm nghiệm khả năng làm việc của khí
cụ điện ở chế độ khởi động ngắn hạn. Thanh dẫn bằng đồng cuấn ủ nửa M1

có kích thước 3×20mm. Chu k
ì làm việc tính toán 30s. Độ tăng nhiệt cho
phép 50
o
c, nhiệt độ môi trường xung quanh là 40
o
c
Tính toán sơ bộ
Thanh dẫn bằng đồng M1 ở chế độ làm việc dài hạn sẽ có dòng phụ tải
I
dh
= 275A
Điện trở của 1 cm thanh dẫn ở nhiệt độ 50 + 40 = 90
o
c là:
R
90
= R
20
[1 + α(θ -20)]
4
4
20
100293.0
]700043.01[
23.0
1
1001754.0
)]20(1[









s
l
Trong đó ρ
20
lấy trong bảng 6-2
T
ổn hao công suất cho phép ở chế độ làm việc dài hạn
P
dh
= I
2
dh
R
θ
= 275
2
× 0.0293× 10
-4
= 0.222 W/cm
H
ằng số thời gian phát nóng theo công thức (6-13)
s
SK

MC
T
t
466
6.4106.5
34.5385.0
4








Trong đó :
C = 0.385 J/g
o
C : nhiệt dung riêng của đồng.
S = 2(0.3 + 2) = 4.6 cm
2
: diện tích bề măt làm nguội của thanh dài 1
cm
Kh
ối lượng của thanh : M = γ×S×l = 8.9 × 0.3 × 2.1 = 5.34 g
4
106.9
506.4
222.0








S
P
K
dh
t
W/cm
o
C
Độ tăng nhiệt ở chế độ ngắn hạn:










T
t
od
nh
e1

 
0650
93601e1
od
od
466
30
od












Ở đây τ
o
là độ tăng nhiệt ổn định khi công suất ở chế độ làm việc ngăn
hạn, công suất này có thể lớn hơn công suất ở chế độ dài hạn.
C
o
o
0
'
770

065.0
50
065.0



Đối với chế độ rất ngắn hạn:
C
t
T
o
nh
nho
776
30
466
50
'


Công suất cho phép ở chế độ ngắn hạn:
42.3
065.0
222.0
1




T

t
dh
nh
nh
e
P
P
W/cm
Công su
ất ở chế độ rất ngắn hạn:
44.3
30
5034.5385.0



nh
nh
nh
t
CM
P

W/cm
Dòng
điện cho phép ở chế độ ngắn hạn
1080
065.0
275
1





e
I
I
dh
nh
A
Dòng
điện ở chế độ rất ngắn hạn
1085
30
466
275 
nh
dhnh
t
T
II
A
H
ệ số quá tải công suất ở chế độ ngắn hạn:
4.15
222.0
42.3

dh
nh

kp
P
P

Hệ số quá tải công suất ở chế độ rất ngắn hạn:
6.15
222.0
44.3

nhdh
nh
p
t
T
P
P
K
Hệ số quá tải dòng điện ở chế độ ngắn hạn:
92.34.15 
p
dh
nh
I
K
I
I
K
Hệ số quá tải dòng điện ở chế độ rất ngắn hạn:
95.36.15 
p

dh
nh
I
K
I
I
K
Tính toán kiểm nghiệm