第08章_电机的发热与冷却.ppt

第八章电机的发热与冷却
第一节电机的发热与温升
第二节电机的散热
第三节电机的工作制、定额与额定容量
第四节电机的冷却
电机运行时,内部存在多种损耗,如电流在导体内产生的绕组损耗、铁心中磁场交变引起的铁心损耗、通风和机械摩擦引起的机械损耗等。这些损耗都转变为热量,向周围介质传播,使电机各部件的温度升高,当温度超过绝缘允许的温度时,将导致绝缘乃至电机的损坏。
要将电机各部件的温度控制在允许范围内,一方面要降低损耗,减少电机的发热量,另一方面要提高电机的冷却散热能力。
1 电机的发热与温升

电机中,各种材料的导热能力相差很大。从导热的角度看,电机不是一个均质物体,其发热和散热过程非常复杂。
所谓均质物体,是指表面各点的散热情况都相同且其内部没有温差的物体。为简化分析,常把电机或电机的某一部件作为均质物体。
(1)物体的发热过程
在起始时刻,物体的温度与周围介质温度相同,向周围介质散热很少,其产生的热量绝大部分用于物体温度的提高;
随着物体温度的升高,物体与周围介质的温差增大,散发到周围介质的热量增多,物体温度升高的速度减缓;
当物体发出的热量全部散发到周围介质时,物体的温度达到稳定。物体温度与环境温度(或周围介质温度)之差,称为物体的温升,用表示,单位为开尔文(K)。
温升随时间t的变化规律为:
0-物体初始温升;-物体稳态温升,即t时的温升;
T1-发热时间常数,通常为10~150分钟。
若初始温升为零,则均质物体的发热方程为
均质物体的发热过程曲线如图所示,
是一条指数曲线,通常当
t=(3~4)T1时温升就基本稳定了。
电机的发热过程
电机不是均质物体,其发热过程
曲线与上述指数曲线之间在起始
阶段有一定差别,这是因为起始
时绕组热量散发较难而使铜的温
升升高得比铁快所致。虽然如此,
忽略它们之间的差别为我们研究
电机的发热过程提供了方便。电
机的发热时间常数在很大的范围
内变动,一般约为10-150min。
1-指数曲线
2-实际电机的发热过程曲线
(2)物体的冷却过程
当均质物体内部停止产生热量时,物体中储存的热量逐渐散发
到周围介质中,物体温度下降,直至其温度与周围介质的温度
相同为止。冷却方程为
T2-冷却时间常数,约为发热时间
常数的2~5倍。
电机虽然不是一个均质物体,
但其冷却过程的基本特征与
均质物体基本相同。
图8-3 均质物体的冷却过程曲线

在电工技术中,将绝缘材料按其允许工作温度分成若干个耐热
等级:A、E、B、F、H级,它们的允许工作温度分别为105C、
120C、130C、155C和180C。
绝缘材料在相应的允许工作温度下长期运行,一般不会产生不
该有的性能变化,通常有15~20年的使用寿命。当绝缘材料工
作温度超过允许工作温度时,使用寿命缩短,绝缘材料的使用
寿命L可近似表示为
A和B为常数,T为绝对温度
根据经验,工作温度每超过A级绝缘允许工作温度8C(B级绝
缘10C,F级绝缘12C,H级绝缘14C),绝缘材料的寿命缩
短一半。

电机运行时,各部件温升的允许极限值称为温升限度。
温升限度基本上取决于绝缘材料的允许工作温度和冷却介质的温度,也与温度的测量方法、传热和散热条件、使用地点等有关。
对于目前常用的冷却系统,其冷却介质温度基本上与周围大气温度相同。大气温度随季节和地点的变化而变化。我国各地平均最高温度不超过35C,而最高温度一般为35~40C,少数地区为40~45C。世界各国一般采用大多数地区的大气最高温度作为冷却介质的温度,因此我国规定40C为冷却介质的温度。
温度测量方法的不同,会造成测量结果的不同。在规定温升限
度的同时,还应规定相应的温度测量方法。
温度计法
该方法直接测量温度,非常简便,但只能测量电机各部分的表面温度,无法得到内部的最高温度和平均温度。
电阻法
绕组的电阻R随温度t的升高而增大,满足以下规律


利用该规律可以进行绕组温度的测量。首先测定室温下的温度和绕组电阻,然后使电机运行,当电机温升达到稳定时,将电机停转,迅速测量绕组电阻,根据上式可计算出绕组的温度。该方法测定的是绕组的平均温度。
埋设温度计法
在进行电机装配时,可在预计工作温度最高的地方埋设热电偶或电阻温度计。该方法可测得接近于电机内部最热点的温度。
2 电机的散热
电机运行时产生的各种损耗都要转换为热量,热量从发热体传到电机表面,再散发到周围环境中。电机传热和散热的方式有热传导、对流和热辐射三种形式。

热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一个系统的现象称为热传导,是固体中热量传递的主要方式。