《电机设计》课件之六剖析.ppt

第七章 发热计算 §7-1电机允许的温升限度 §7-2 传热基本定律 一、概述 §7-3电机稳定温升的计算 一、电机中的温度分布 * 一、概述 电机运行→产生损耗→变为热能→电机各部分温度升高。 温升：电机部件的温度与周围介质温度之差，称为该部件的温升。 用Δτ来表示。 根据对物质体发热过程的分析，温升随 时间的变化是呈指数曲线关系，如图所示。 为什么升温的变化过程呈现 指数关系？ 起始阶段：物体温度与周围介质 温度相同，物体所产生的损耗热 全部用来提升物体温度，因此， 物体温度上升很快→ t 0 Δτ Δτ∞ t 0 Δτ Δτ∞ 稳定阶段：当物体内部产生的热 量与散发到周围介质中支的热量 相等时，物体本身的温度不再 增加。 中间阶段：由于物体温度高于 周围介质温度，温差加大，于 是物体的热量就散发到周围介 质，散发量随着温差的加大而 加大→ 温升对电机部件的影响，首当其冲的是绕组的绝缘材料。 如何降低温升？ 1、提高效率，减少损耗 2、增强电机的散热能力，如强迫风冷。 二、我国采用的电机温升限度 温升限度：指电机在额定负载运行下，各部件温升的允许极限值 称为温升极限。 对电机而言，其温升极限基本上取决于绝缘材料所允许的最高温 度及冷却介质的温度。不同绝缘等级的绝缘材料，其耐温极限如下 表所示。 40 40 40 40 40 冷却介质温度/℃ 125 100 80 75 60 温升限度/℃ 180 155 130 120 105 极限温度/℃ H F B E A 耐热分级 1、温度对绝缘材料寿命的影响 绝缘材料在规定的极限温度下工作，能够获得经济的使用寿命 （20年）。但如果超过极限温度，则寿命按指数规律下降。例如， 对A级绝缘，当工作极限温度超过8℃时（B级10℃，F级12℃，H级 14℃），其使用寿命降一半。 2、冷却介质温度的确定 冷却介质温度即为大气温度，每个国家一般都采用大部分地区的 大气绝对最高温度作为冷却介质的温度，因此我国的国家标准规定 +40℃作为冷却介质温度。 3、测量温度的方法 有温度计法、电阻法、埋置检温计法三种方法 不同的方法测出的平均温度与最热点温度之间的差别不一样。例如 在标准中规定A级绝缘的定子绕组，用温度计法测得的温升限度为 50℃，它是由该级绝缘的最高温度105℃减去40℃得65℃，再减掉平 均温度与最高温度的差别15℃后得到。 4、海拔高度对温升的影响 海拔高度不同，则空气的稀薄也不同，散热条件也不同。国标 规定：当电机的使用地点的海拔高（低）于试验地点的海拔时，其 温升限度应按两地海拔之差每100m减（加）去规定值的1%。低于 1000m均算作1000m。 1000m B极绝缘 B极绝缘 温升Δτ80K 电机散热有三种方式： 由损耗产生的热量，先由发热体内部传导至表面，然后经过对流和，辐射 的作用散到周围去。 因此从上述三种方式的基本定律中得出温升的计算方法。 二、热传导定律 传导只发生在温度有高低差别的温度场中。将场中的相同温度点联接 起来，便得到等温线或面。如图所示。 并且，热的传导方向是和温度空间变化率最大的方向一致，即与等温线 的法线方向一致，如图所示。 等温线 高温 低温 热流 等温线法线 热流密度q：单位时间内通过单位等温面的 热量。该物理量的单位为：J/(m2.s) 热传导定律：温度场各点的热流 密度q与该点的温度梯度成正比： 如果热流只有一个方向，即x方向的平面热传导，则上式可改写为： 平面热传导 如果A是常数，解上式微分方程得： 因此，在平面热传导中，温度分布是一直线。如图所示。 为了计算温升方便，将“场”的问题转变为“路”的问题。引入电路的概念， 即将温差Δτ当作电压，热流Φ当作电流，热阻Rλ当作电阻。 于是在热路中，合成热阻的计算方法也与电路中求电阻的方法一样。 三、热传导方程 四、对流和辐射散热 （一）辐射散热 表7-4 0.17 0.2 0.29 0.95 0.97 1 ν 磨光紫铜 毛面黄铜 磨光段铁 毛面段铁 粗铸铁 纯黑物体 表面 一般情况下，当采用强制对流冷却电机时，由辐射带走的热量微乎其微， 可忽略不计。但是在平静的大气中，由辐射散发的热量约占总散热量的40% (二）对流散热 层流 紊流 固体 固体表面与流体接触时的散热情况，如图所示。 1、首先当固体的温度与流体温度不等时，它们 之间就有热交换，热量高温物体传向低温物体。 2、这种交换存在着传导与对流两种方式。 3、散热能力取决于流体的固体表面上的运动状态， 在靠近固体表面处，流体作层流运动，层与层之间 没有流体交换，因此热量传递主要靠传导。 4、当流体作紊流运动时，