Tài liệu TÍNH TOÁN NHIỆT Chương 6b pdf

/- TÍNH TOÁN TỔN HAO TRONG MẠCH TỪ DO TỪ XOÁY VÀ
T
Ừ TRỄ.
1 - Công thức tính toán :
Để tính toán tổn hao trong mạch từ thực tế thường tính theo suất tổn
hao, đó là công suất tổn hao tính trên 1kG thép và được xác định bằng thực
nghiệm, tổn hao công suất do dòng xoáy và từ trễ được tính :
P
xt
= k
d
. p
xt
.M , W ( 6-8)
Trong đó :
M - khối lượng thép mạch từ, kG.
p
xt
- suất tổn hao công suất, W/kG.
k
d
= 2  3 - hệ số thực nghiệm xét đến sự tăng tổn hao trong mạch từ
phép khối so với tổn hao trong tấm thép.
2 - Xác định suất tổn hao bằng bảng và đồ thị:
Suất tổn hao do dòng xoáy và hiện tượng trễ của thép KTĐ ứng với giá
trị từ cảm B = 1 Tesla và tần số f = 50 Hz được cho trong bảng 6-3.
Ở những giá trị từ cảm và tần số khác có thể tính qui đổi theo công thức
:
p
B/50
= p

1/50
. (
1
Bm
)
2
, N/kG ( 6-9 )
p
1/f
= p
1/50
. (
50
f
)
1/3
, N/kG ( 6-10)
Ở đây p
1/50
- suất tổn hao công suất do dòng điện xoáy và từ trễ ở B
m
=1 Tesla và f = 50 Hz.
p
B/50
- suất tổn hao công suất do dòng điện xoáy và từ trễ ở B
khác và f = 50 hZ.
p
1/f
- suất tổn hao công suất do dòng điện xoáy và từ trễ ở B
m

=1
Tesla và t
ần số f.
Để thuận tiện ta có thể sử dụng đồ thị sự phụ thuộc của suất tổn hao
công suất do dòng điện xoáy và hiện tượng trễ của từ cảm, trình bày trên
hình 6 -3. Khi t
ần số lớn hơn 50 Hz tổn hao công suất sẽ tăng nhiều, trrên
hình 6 -
4 là đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của tổn hao do dòng xoáy và từ trễ
vào tần số của thép KTĐ có thành phần gần giống thép 330 dày 0,33 mm.
3 -
Xác định tổn hao công suất do dòng xoáy và từ trễ, sự tương quan
giữa tổn hao do dòng xoáy và tổn hao do từ trễ.
Tuỳ theo loại thép KTĐ mà tổn hao do từ trễ và dòng xoáy nhiều hay ít,
tương quan giữa hai lượng tổn hao n
ày tuỳ thuộc vào loại thép KTĐ và tần
số của nguồn điện.
- Ở tần số 50Hz tổn hao do hiện tượng trễ không phụ thuuộc độ lớn của
từ cảm và chiếm một tỷ lệ nhất định trong toàn bộ tổn hao do dòng xoáy và
hi
ện tượng trễ tuỳ theo loại thép :
với loại 11 - 12 chiếm ( 70  75 )%
43 - 43A chi
ếm ( 50  60 )%
320 - 330 chi
ếm (25  35 )%
- Khi t
ần số tăng lên, tổn hao do hiện tượng trễ tăng tỷ lệ với tần số còn
t
ổn hao do dòng xoáy tăng tỷ lệ bình phương với tần số. Vi dụ ở một trị số B

nhất định tần số thay đổi từ 50 Hz đến 400Hz thì tổn hao do hiện tượng trễ
tăng 8 lần v
à tổn hao do dòng xoáy tăng 64 lần. Trị số suất tổn hao công suất
do hiện tượng trễ và dòng xoáy ở thép KTĐ cán nóng được xác định theo
công thức :
p
xt
= p
x
+ p
t
= 
t
.(
100
f
.B
m
)

+ 
x
.(
100
f
.B
m
)
2
, W/kG ( 6-11)

Trong đó 
t
, 
x
là hệ số thực nghiệm cho trong bảng.
 = 1,6 khi B
m
= 0,1  1 Tesla.
 = 2 khi B
m
= 1  1,9 Tesla.
Hình 6-3: Sự phụ thuộc của suất tổn hao công suất do dòng xoáy và
hi
ện tượng trễ vào từ cảm ( biên độ) của thép KTĐ ở tần số
50Hz.
Hình 6-4: Sự phụ thuộc của suất tổn hao do dòng xoáy và hiện tượng
trễ vào tần số nguồn ứng với các giá trị khác nhau của từ cảm
( biên độ ) từ 0,2

1,3 Tesla của thép KTĐ gần với loại 320
dày 0,35.
6 -2. Tính toán nhi
ệt và các hệ số toả nhiệt ở chế độ làm việc dài hạn
(độ ổn định nhiệt ).
Các quá trình nhiệt xảy ra trong khí cụ điện nói chung là các quá trình
ph
ức tạp do sự tác dụng đồng thời ba dạng trao đổi nhiệt. Đối lưu, bức xạ và
d
ẫn nhiệt, khi tính toán nhiệt ta có thể xét tác dụng riêng lẻ của từng dạng
trao đổi nhiệt, sau đó cộng tất cả những thông số ri

êng rẽ lại. Như vậy trong
nhiều trường hợp cụ thể có thể chỉ phải tính đến tác dụng của hai hay một
dạng trao đổi nhiệt, dạng còn lại ảnh hưởng không đáng kể đến quá trình
nhi
ệt của khí cụ điện.
Bài toán xét riêng rẽ từng dạng trao đổi nhiệt không đề cập trong giáo
trình này.
I/- CÔNG TH
ỨC NEWTON.
Ở quá trình phát nóng xác lập có thể tính toán nhiệt theo công thức
Newton, trong đó đưa vào một hệ số toả nhệt K
t
đặc trưng cho cả ba dạng
trao đổi nhiệt. Ý nghĩa vật lý của công thức n
ày là ở chỗ công suất P tiêu tán
trong chi ti
ết ở chế độ xác lập được toả ra từ bề mặt của chi tiết đó S
bm
, công
th
ức có dạng :

P = K
t
.S
bm
.(
od
- 
mt

) = K
t
.S
bm
. (N) ( 6-12)
Ở đây :
S
bm
- diện tích bề mặt toả nhiệt m
2
.

od
- nhiệt độ ổn định của bề mặt
0
C.

mt
- nhiệt độ môi trường xung quanh
0
C.
 - độ tăng nhiệt độ
0
C.
K
t
- hệ số toả nhiệt W/m
2
.
0

C.
H
ệ số toả nhiệt là một hàm số phức tạp, phụ thuộc ở nhiều yếu tố cho
nên chỉ có thể xác định chính xác bằng thực nghiệm đối với từng kết cấu chi
tiết cụ thể và ở điều kiện toả nhiệt xác định. Bảng 6-5 cho các giá trị hệ số
toả nhiệt K
t
chung cho cả ba dạng trao đổi nhiệt. Trị số K
t
trong bảng dùng
khi tính toán sơ bộ, còn khi tính toán chính xác cần phải hiệu chỉnh có xét
đến các yếu tố sau :
1 - Khi nhiệt độ tăng K
t
cũng tăng theo quan hệ :

K
t
= K
t20
. ( 1 + 0,03 )
K
t20
- hệ số toả nhiệt của chi tiết ở 20
0
C.
2 - Khi có s
ự chuyển động không khí hệ số K
t
tăng theo quan hệ :

K
tv
= K
t
. ( 1 + 0,4.v)
v- t
ốc độ chuyển động của không khí m/s.
( công thức được nêu cho bề mặt đã đánh bóng để thẳng đứng ).
3- Chi tiết ngâm trong dầu máy biến áp hệ số toả nhiệt tăng lên vài lần.
Ví dụ :
- Các lõi thép bằng thép tấm phép lại khi ngâm trong dầu máy biến áp
sẽ có hệ số toả nhiệt K
t
= ( 70  90 ) W/m
2
.
0
C.
- Các cu
ộn dây có cách điện bên ngoài bằng sợi bông ngâm trong dầu
máy biến áp có K
t
= ( 25  36 ) W/m
2
.
0
C.
-
Các điện trở bằng dây điện trở quấn trên ống sứ sẽ có K

t
= ( 50  150 )
W/m
2
.
0
C khi ngâm trong dầu máy biến áp.
Bảng 6-5 : Hệ số toả nhiệt K
t
ở điều kiện không khí chuyển động tự
nhiên.
Tên chi tiết phát nóng, đặc điểm bề mặt chi tiết, điều kiện
làm nguội
K
t
W/m
2
.
0
C
*Thanh đồng tròn đặt nằm ngang đường kính 10 - 60 mm.
*Thanh đồng dẹt
- Nằm ngang, đặt trên giá đỡ
-Nằm ngang, đặt theo chiều thẳng đứng
*Thanh hình hộp rỗng đặt nằm ngang
13 - 9
6 - 9
5 - 8
-Bằng đồng ( làm nguội bề mặt ngoài )
-B

ằng đồng ( làm nguội tất cả bề mặt )
-Bằng nhôm ( làm nguội tất cả bề mặt )
-Bằng nhôm ( làm nguội bề mặt ngoài )
*S
ứ cách điện nằm ngang
*Mạch từ bằng thép tấm phép lại
*Cuộn dây nhiều vòng
-
Rơle ít chính xác đường kính 3 - 14 mm
-Khí c
ụ điện điều khiển và phân phối năng lượng
*Cuộn dây dập hồ quang
*Các điện trở
-Ống có sơn
-Dây dẹt quấn trên khung
-H
ợp kim điện trở hình trụ, quấn vào giá đỡ đặt nằm ngang
( K
t
của bề mặt điện trở )
-Bằng gang đặt thẳng đứng ( K
t
của bề mặt điện trở )
*Vỏ và các chi tiết có bề mặt được phủ sơn bề mặt
10 - 12,5
6 - 8
5,5 - 8
9 - 12
18
10 - 12,5

30 - 8
9 - 14
12 - 20
20 - 25
22 - 25
23
42 - 43
10 - 15
10 - 14
4- Hệ số toả nhiệt K
t
phụ thuộc vào áp suất không khí, khi áp suất
không khí tăng th
ì hệ số toả nhiệt tăng và ngược lại áp suất giảm thì K
t
giảm.
Khi muốn có hệ số toả nhiệt chính xác hơn so với cách xác định trên thì phải
tiến hành xác định hệ số toả nhiệt riêng lẻ với từng dạng trao đổi nhiệt, sau
đó tính đến sự
tác dụng chung của cả ba dạng toả nhiệt, có thể tham khảo
cách tính toán này trong các tài liệu khác.