第八章 电机的发热和冷却

《第八章 电机的发热和冷却》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第八章电机的发热和冷却目录第一节电机的额定容量1第二节电机的发热2第三节电机的散热5小结8思考题8第一节电机的额定容量电机是一种变换能量形式的机器。它一方面有功率输入，另一方面有功率输出，在能量转换过程中同时产生功率损耗，各种损耗最后都转化为热能，因而使电机各部分的温度升高。对于铁磁材料和导电材料，通常在200℃以下的环境中使用不会显著影响其电磁性能和机械性能，但是绝缘材料的耐热性能较低，它是电机中较易损坏的部分，直接影响电机的使用寿命，而绝缘材料的寿命与它的工作温度有关，以B级绝缘为例，每当工作温度超出规定限值约10℃

2、，它的使用寿命将缩短一半。为了保证电机正常使用年限（一般为10－15年），对各种绝缘材料都规定有极限容许温度，这也间接规定了电机的额定容量和额定工作状况。电机的额定容量即额定功率。发电机的额定功率是指铭牌上规定的符合定额的输出电功率，电动机的额定功率是指轴端输出的机械功率。当电机运行时，如果各种电量（如电压、电流、频率等）与机械量（如转速、转矩等）都符合技术标准的规定的数值，则此种运行情况称为额定运行情况。在额定情况下运行，各种功率损耗也都有一定的数值。损耗将使电机发热，如在每单位时间内损耗产生的热量大于发散的热量，电机

3、的温度将升高，直到双方达到热平衡为止，此时电机温度比环境温度或冷却介质温度高，它们之间相差的温度度数称为电机的温升。电机额定功率和额定运行情况的规定，应使电机的温升和各部分的最后温度都不超过所有绝缘材料的极限允许温度，电机常用绝缘材料的耐热等级见第一章第三节所述。电机的温升，不仅取决于损耗的大小，而且与电机的运行情况有关，即使有同样的损耗，长时间运行的电机与短时间运行的电机温升不同，故所定的定额也不同，依据我国有关技术标准的规定，电机的工作制可分为连续、短时、周期和非周期几种。此外，定额的规定和电机的结构型式（如开启式还

4、是封闭式等）、冷却方式、冷却介质等有关，定额还与周围环境（如环境温度、海拔等）有关，运行条件如与规定的不同，则定额应进行修正。第二节电机的发热一﹑电机的损耗电机的各种损耗是电机发热的热源。电机内部的主要损耗有1.基本铜损耗电机定、转导体流过电流产生铜损耗为（8-1）式中―相数―相电流―定、转子相电阻计算时假设导体截面上电流密度是均匀分布的。电阻折算到75℃时（E级绝缘）2.基本铁损耗电机定、转子铁心齿部和轭部里，通过交变磁通引起的铁损耗，它包括磁滞损耗与涡流损耗两部分，单位重量导磁材料的基本铁耗为(W/kg)（8-2）式

5、中－－单位重量导磁材料在1T，50Hz时产生的损耗，各种材料可查表；－－磁通交变频率，Hz－－磁通密度，T基本铁损耗（8-3）式中－－经验系数，因冲压等加工后引起损耗增大系数－－导磁材料重量3．机械损耗机械损耗包括轴承、电刷的摩擦损耗，以及风扇消耗的损耗和转子旋转时冷却介质摩擦的通风损耗。机械损耗与转速有关。在高速电机中，机械损耗占总损耗的比例较高，通风损耗还与冷却介质有关，如氢冷却的氢气重量轻（比空气轻十多倍），传热能力强（比空气高六倍多），用氢气作为冷却介质能大大降低通风损耗。4．附加损耗附加损耗又称杂散损耗，是指由

6、于谐波磁动势、漏磁通引起的附加铁损耗和附加铜损耗。例如,漏磁通在定子端部周围、端盖等金属构件中引起的铁损耗；定子、转子磁动势高次谐波分别在转子、定子表面感应高频涡流引起的铁损耗；定子、转子存在齿和槽，转动时因磁阻不同引起磁通变化产生脉动损耗；绕组导体中由于集肤效应使电流分布不均匀而引起的额外铜损耗等。该损耗比基本铁耗和铜耗要小得多，计算比较复杂，根据经验，为额定功率的2.5％至0.5％估算，按不同电机型式而选用左右。以上损耗一部分与电机负载大小无关（如铁损耗、机械损耗和部分附加损耗），故称不变损耗或空载损耗，另一部分与电

7、机负载大小，电流大小有关（如铜耗和部分附加损耗），故称可变损耗。因此在定额下运行，电机输出功率越大，损耗越大，温升越高，为了保证电机各部分绝缘材料的温度不超过极限允许温度，必须规定电机的输出功率为一合理的数值，即电机的额定容量。二﹑电机的发热理论电机的发热过程较为复杂，一台电机中常有好几个热源，各部分同时发热，各部分包含各种不同的物质，其导热系数也不同，因此如要准确分析电机内部的热交换情况较为困难。为简便计，作如下假设：①每一部分为均质固体，即物体中各点之间无温差，表面各点之间散热情况也相同；②各部分的发热过程分开计算，

8、即各部分产生的热量仅使该部分发热，不考虑各部分之间的能量交换。某一部分物体的热量平衡式为（8-4）式中－－该物体在每秒种内产生的热量，；－－该物体的物质比热，；－－冷却表面积，－－散热系数，－－温升，；－－该部分物体的重量，上式表示物体在极短时间间隔内，发出的热量，其一部分使该物体温度升高，另一部分的热量将散失于冷却