《电机设计》课件之五电机的冷却二.ppt

第六章 电机的冷却 §6-1电机的冷却方式 一、概述 1、风扇强迫空气流动的冷却方式 2、氢气为冷却介质的冷却方式 同样尺寸的电机采用氢冷后，可提高容量20~25% ， 且效率也能提高。 3、内冷，即不通过绝缘材料，使导体产生的热量直接 传给冷却介质 a)以氢作为冷却介质； b)以水作为冷却介质 （一）开路冷却或闭路冷却 特点：结构简单、成本低；其缺点是：空气冷却效果差，在 高速电机中引起的摩擦损耗大。其结构类型特点有以下四个方面： 二、空气冷却系统 目前在电机制造业中大量采用的仍是以空气为冷却介质的空 气冷却系统。本章主要讨论空气冷却系统。 开路式：外部空气→进入电机→回到周围环境中去 闭路式：电机内部空气→在电机内部循环→冷却介质产生的热量 →经过结构件如机壳→传递给第二介质（水）。 （二）径向、轴向和混合式通风系统 按电机内部冷却空气的流动方向，分为径向、轴向与混合三种 径向通风系统便于利用转子上能够产生风压的部件，如风 道片、铸铝散热片等的鼓风作用，产生散热效果而得到广泛应用。 轴向通风系统通过轴流式风扇的作用，使空气沿着轴向从一 端流入进入电机，另一端流出。 混合式通风系统兼有轴向与径向两种通道。 （三）抽出式和鼓入式 抽出式：冷空气→先和电机的发热部件接触→变为热空气由风 扇送出； 鼓入式：冷空气由风扇鼓入→再与电机发热部件接触→变为热 空气关出。 （四）外冷与内冷 外冷即所谓表面冷却方式；内冷即从发热件内部直接冷却 的方式，如水轮发电机的励磁绕组可采用空气内冷。内冷效果 虽好，但系统结构复杂。 §6-2 关于流体运动的基本知识 一、概述 电机在运行过程中所产生的热量全部依靠流体介质（空气、 氢气、水）带走。所需的冷却介质总的体积流量可由下式计算： 二、流体运动中常用名词 （一）流体的概念 流体是由相互间联系比较松驰的分子组成，分子之间没有像 刚性物质所具有的刚性联系。这种物质称之为流体。 为了研究方便，即假定流体是一种连续介质，认为流体的分子 间没有空隙，作了这样假设才能应用数学工具。然而这种宏观模型 只能得到流体的平均力学特性。 （二）流体的压缩性 根据流体在压力的作用下其体积的改变程度不同，流体可分 为可压缩的和不可压缩的两种。因此水是不可压缩的，空气是 可压缩的。但是在实际应用中由于空气的流速不大，压力变化 也不大，使得体积的变化也不大，因此，把空气当作不可压缩的 流体来处理。 （三）流体的粘滞性 粘滞性表现为一种抗拒流体流动的内部摩擦力或粘滞阻力。 这种摩擦力的大小正比于流体层滑动时的速度梯度，公式为： （四）理想流体和真实流体 真实流体是可压缩的，而且有粘滞性。理想流体即不考虑可 压缩性和粘滞性。研究时先从理想流体出发，得出运动规律， 然后按真实情况加以修正。 流体在管道内的运动状态可分为层流和紊流两种。层流运动时， 流体平行于管道表面流动，各层平行运动，之间没有流体交换。 （五）层流及紊流 作紊流运动时，流体的质点不再保持平行于管壁的运动，而是 以平均流速向各个方向作无规则的扰动。 层流 通常用一个无量纲的量即雷诺数来判断流体运动情况。当 Re2300时为层流，当Re2300时为紊流。雷诺数在一定程度上 反映了流体本身的惯性和粘滞性。在同样条件下，粘滞性小， 密度大的流体比较容易产生紊流。 （六）流体的压力＿静压力与动压力 静压力即为流体受压缩的程度，单位用Pa来表示。静压力也可 看作是被压缩流体单位体积内所储存的位能。 动压力则表示运动的流体单位体积中所具有的动能，可表示为 静压力与动压力之和称为全压力，即单位体积流体中所包含的 总机械能。 三、理想流体运动方程（柏努利方程） 如何判断流体运动是层流还是紊流？ 根据流体力学理论，流体的稳态运动方程为： 该方程表示理想流体在稳态运动过程中，单位体积内所包含 的总能量保持不变。 该式各项单位为m，是长度的量纲，称之为压头。 由于电机冷却系统的流体在运动过程中的高度位置基本保持不 变，即h为常数项，可以归到C1中。于是方程变为： 该式表明在流体的运动过程中全压头保持不变，静压头与动压 头之间可以相互转换，即高压静止的流体可以转化为低压高速的 流体，反之亦然。 四、实际流体在管道中运动时的损耗 实际流体总是存在着粘滞性，流体运动时总会遇到各种阻力， 因此必然要引起能量的损耗。 损耗分为两类：一类是摩擦损耗，另一类是局部损耗。 摩擦损耗：是由流体的粘滞性引起的，它把机械能转化为热能；