第08章 电机的发热与冷却
第八章 电机的发热和冷却
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℃，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。
关于电机冷却和发热的简析
关于电机冷却和发热的简析班级：电气081姓名：张天宏学号：200880884124关于电机冷却和发热的简析电气081 张天宏【摘要】电机在我们的日常生活中随处可见，扮演着十分重要的角色，作为它们的使用者，我们应该对电机的冷却和发热有最基本的了解，这样我们就会更好的利用电机。
【关键字】电机冷却发热一、电机的冷却(一)概念部分1.冷却：电机在进行能量转换时，总有一小部分损耗转变成热量，它必须通过电机的外壳和周围介质不断将热量散发出去，这个散发热量的过程，我们称为冷却。
2.冷却介质：传递热量的气体或液体介质。
3.初级冷却介质：温度低于初级冷却介质的气体或液体介质，通过电机的该部件相接触，并将其放出的热量带走。
4.次级冷却介质：温度低于初级冷却介质的气体或液体介质，通过电机的外表面或冷却器将初级介质放出的热量带走。
5.最终冷却介质：热量传递到最后的冷却介质。
6.周围冷却介质：电机周围环境的气体或液体介质。
7.远方介质：一种远离电机的介质，通过进、出口管或通道吸入电机热量和排出冷却介质到远方。
8.冷却器：使一种冷却介质的热量传递到另一种冷却介质，并保持两种冷却介质分开的装置。
(二)冷却方式代号的内容规定1、电机冷却方法代号主要由冷却方法标志(IC)、冷却介质回路布置代号、冷却介质代号以及冷却介质运动的推动方法代号所组成。
IC+回路布置代号+冷却介质代号+推动方式代号2、冷却方式标志代号是英文国际冷却（InternationalCooling）的字母缩写，用IC表示。
3、冷却介质的回路布置代号用特征数字表示，主要采用有0、4、6、8等，下面分别说一下它们的含义。
4、冷却介质代号如果冷却介质为空气，则描述冷却介质的字母A可以省略，我们采用的冷却介质基本上都为空气。
5、冷却介质的运动方法，主要介绍四种。
6、冷却方法代号的标记有简化标记和完整标记法两种，我们应优先使用简化标记法，简化标记法的特点，如果冷却介质为空气，则表示冷却介质代号的A，在简化标记中可以省略，如果冷却介质为水，推动是为7，则在简化标记中，数字7可以省略。
电机的发热和冷却课件
用的电机，并明确统一的检查标准，国家标准规定： 冷却空气的温度定为40oC。在此环境温度下，电机绕 组的温升限值：E级绝缘为75oC，B级绝缘为80oC。 （2）电机运行时，输出功率越大，则电流和损耗越大， 温度越就越高，但最高温度不得超过绝缘的最高允许 温度。因此，电机容许的长期最大输出功率（即电机 的容量或额定功率）受绝缘的最高允许温度限制，或 者说容量由绝缘的最高允许温度所决定。电机
止时间都较短，ton<(3~4)T，toff <(3~4)T，且规定工 作周期 。工作时温升增加，但达不到稳定值 ；停止时
温升下降，但降不到零。每个周期结束时的温升都比
开始时的温升高，这样经过若干个周期后，就会出现
一个周期内温升的增长和降落相等的情况，这时温升
就达到一个稳定的波动状态，即在最高温升 与最低温
因此，温度计法测得的温升限度要比其他方法规定得
稍低一些。
《电机的发热和冷却》PPT课件
(2)电阻法 这种方法是利用绕组发热时电阻的变化来 测定其温度。例如，若铜线绕组在冷态温度to(通常为 室温)时的电阻为Ro，当绕组温度升高至热态温度t时， 绕组的热态电阻为R，则根据
R / R o =(234.5十t)/(234.5十to) 即可求得绕组的热态温度。如绕组用的是铝线，式中
《电机的发热和冷却》PPT课件
铭牌上所表明的额定功率就是指在标准的环境温度
（我国规定为40oC）和规定的工作方式下，其温度不
超过绝缘的最高允许温度时的最大输出功率。
3、测量方法
(1)温度计法 这种方法用温度计直接测定温度，最为
简便。但温度计只能触及部件的表面，故测得的温度
仅为部件表面温度，而无法测出内部最热点的温度。
电机的发热与冷却
对流和辐射 在电机中，通过热传导作用传递到电机表面的热量通常通过两 种方式散发到周围介质中，一是热对流，二是热辐射。 • 热对流是液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流
动使温度趋于均匀的过程，是液体和气体中热传递的主要方 式。 • 物体因自身的温度而具有向外发射能量的能力，这种热传递 的方式叫做热辐射。
• 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。
绝缘材料的绝缘等级
绝缘材料按耐热能力分为Y、A、E、B、F、H、C7个等级， 其极限工作温度分别为90、105、120、130、155、180℃、 及180℃以上。
所谓绝缘材料的极限工作温度，系指电机在设计预期寿命 内，运行时绕组绝缘中最热点的温度。根据经验，A级材料 在105℃、B级材料在130℃的情况下寿命可达10年，但在实 际情况下环境温度和温升均不会长期达设计值，因此一般寿 命在15～20年。如果运行温度长期超过材料的极限工作温度， 则绝缘的老化加剧，寿命大大缩短。所以电机在运行中，温 度是影响绕组使用寿命的主要因素之一。
(1) 温度计法 其测量结果反映的是绕组绝缘的局部表面温度。 这个数字平均比绕组绝缘的实际最高温度即“最热点”低15℃ 左右。该法最简单，在中、小电机现场应用最广。
(2) 电阻法 其测量结果反映的是整个绕组铜线温度的平均值。 该数比实际最高温度按不同的绝缘等级降低5～15℃。该法是 测出导体的冷态及热态电阻，按有关公式算出平均温升。
所谓内部冷却，就是采用空心导体将冷却介质通入导体内部直 接带走热量的冷却方式。采用内部冷却，导体的热量不再经过 绝缘层，而是直接被冷却介质带走，大大提高了冷却效果，改 善了绝缘材料的工作条件。根据冷却介质的不同，内部冷却方 式又分为氢内冷、水内冷和空气内冷。
电动机发热与冷却
浅谈电动机的发热与冷却摘要：简要介绍电动机热量产生和传递的过程、对电动机正常运行产生的影响和电动机的冷却方式。
关键词：电动机发热热传导冷却电动机（简称电机）在能量转换过程中，其内部将同时产生损耗。
由于损耗的存在，一方面将直接影响到电机的效率和运行的经济性；另一方面，由于损耗的能量最终转化为热能，从而使电机各部分的温度升高。
这将直接影响到电机所用的绝缘材料的寿命，并限制电机的输出，严重时能够将电机烧毁。
因此，一要在设计时注意合理减少电机的损耗；二要努力改善冷却条件，使热量能有效地、尽快地散发出去。
1.电机热量的产生、传导与散出电机中的热源主要是绕组及其铁芯中的损耗。
绕组和铁芯内部均会产生热量，绕组中的损耗与电流的平方成正比。
铁芯内部的热量是由涡流而产生的。
绕组中所产生的热量借传导作用，从铜线穿过绝缘层传到铁芯上，再加上铁芯中产生的热量，一起由铁芯传到电枢的表面，然后借助于对流及辐射作用，把热量散发到周围的空气中。
根据热传导知识可知，热量都是从高温部位传向相对低温部位。
从这样的热传导途径中，可以得出这样的结论：绕组的温度通常总是高于铁芯的温度。
若想降低绕组的温升，一方面要增强电机内部的传热能力，另一方面应该增强部件表面的散热能力。
为了使电机绕组内部热量比较容易地传导到散热表面，应该设法选择导热性能好、耐压强度高、绝缘性能好的绝缘材料。
要求在保证绝缘性能的情况下，降低绝缘层的厚度。
同时，还应设法清除线槽内的导热性能不佳的空气层，如：用油漆等来充填导线与铁芯的间隙。
这样做不仅可以改善导热性能，又可以增强电机的绝缘性能以及机械性能。
电机表面的散热能力与散热表面的面积、空气对冷却表面的速度等因素有关。
一般是采用增大散热面积、改善表面散热性能、增加冷却介质的流动速度以及降低冷却介质的温度等措施来增加散热能力。
电动机在运行时，若温度超过一定的值，首先损坏的是绕组的绝缘。
因为电机中的绝缘材料是耐热性能最差的部分。
大型电机的损耗、发热和冷却
大型电机的损耗、发热和冷却摘要大型发电机是电网的主要设备之一，是电能的直接生产者。
大型电机的发展在整个国民经济的发展中占有重要地位。
从电力生产，电网运行、管理的经济性和供电质量来看，电网中主力机组的单机容量应与电网总容量维持一定的比例，例如6～8%。
单机容量越大，则单位容量成本下降，材料消耗降低，其经济性能就越好。
但增加容量势必要增加电机的损耗，同时电机的发热和温升也会上升，如何降低损耗、加强冷却系统，也就成为如何提高出力时必须解决的问题，本文着重在这几个方面做一些分析和探讨。
关键词电机损耗；大型电机温升；大型电机冷却方式一、引言电机容量的提高主要通过增大电机的线性尺寸和增加电磁负荷两种途径实现。
然而增大线性尺寸同时会增大损耗(因为电机的损耗是与线性尺寸的三次方成正比)，造成电机效率下降。
而增加磁负荷，由于受到磁路饱和的限制也很难实现。
所以提高单机容量的主要措施就在于增加线负荷了。
但增加线负荷就同时会增加线棒铜损，线圈的温度将增加，可能达到无法容许的程度。
这时就必须采用强化冷却技术，以提高散热强度，从而将电机各部分的温升控制在允许X围内，才能保证电机安全可靠地运行。
所以冷却技术的进步是电机向大容量发展的保证。
电机的冷却方式分为气冷和液冷两大类。
气冷的冷却介质包括空气和氢气。
液冷的介质有水、油及蒸发冷却所使用的氟里昂类介质及新型无污染化合物类氟碳介质。
汽轮发电机所采用的冷却方式较为丰富，包括空冷、氢冷、水冷、油冷及蒸发冷，以下将从损耗、温升和冷却方式两个方面来作展开。
二、电机的损耗2.1关于电机的损耗异步电机中的损耗主要由下列五部份组成：1.定子绕组中电流通过所产生的铜耗（PCu1）；2.转子绕组中电流通过所产生的导体（铝或铜）损耗（PCu2）；3.铁心中磁场所产生的涡流和磁滞损耗（PFe）；4.由于风扇和轴承转动所引起的通风和摩擦损耗（Pfw）；5.由气隙磁场高次谐波所产生的负载杂散损耗（Ps）。
发电机的发热与冷却及氢气系统简介
氢气系统冷却器
发电机氢冷系统的冷却 为闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的 氢气冷却器由冷却水冷却。 发电机氢气冷却器采用绕片式结构 。冷却 器按单边承受0.8MPa压力设计。 氢冷却器冷却水直接冷却的冷氢温度一般 不超过46℃。氢冷却器冷却水进水设计温 度38℃。
完毕，谢谢！
2014年08月
步是电机向大容量发展的保证。
电机的冷却方式分为气冷和液冷两大类 空气 气冷 氢气 水 液冷 油 蒸发冷却介质（氟里昂类、氟碳）
氢气和空气、水与油之间的冷却性能表
介质
空气 氢气（0.414MPa） 油 水
比热
1.0 14.35 2.09 4.16
密度
1.0 0.35 0.848 1.000
所需流量 冷却效果
定子通风系统
机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风 （氢气）系统的一部分。 发电机定子采用径向通风，将机壳和铁芯 背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每 段形成一个环形小风室，各小风室相互交 替分为进风区和出风区。这些小室用管子 相互连通，并能交替进行通风。氢气交替 地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通 过冷却器，从而有效地防止热应力和局部 过热。
转子通风系统
转子槽内斜流通风 端部两路半通风
转子绕组槽部采用气隙取气斜流内冷方式。利用转 子自泵风作用，从进风区气隙吸入氢气。通过转子 槽楔后，进入两排斜流风道，以冷却转子铜线。氢 气到达底匝铜线后，转向进入另一排风道，冷却转 子铜线后再通过转子槽楔，从出风区排入气隙。在 转子线棒凿了两排不同方向的斜流孔至槽底，于是， 沿转子本体轴向就形成了若干个平行的斜流通道。 通过这些通道，冷却用氢气交替的进入和流出转子 绕组进风口的风斗，迫使冷却氢气以与转子转速相 匹配的速度通过斜流通道到达导体槽的底部，然后 拐向另一侧同样沿斜流通道流出导体。从每个进风 口鼓进的冷风是分成两条斜流通道向两个方向流进 导体，同样，有两条出风通道汇流在一起从出风口 流出进入气隙。
电机的发热与温升课件
测量位置
通常在电机的表面、轴承 和绕组等关键部位进行温 度测量。
电机温升的限制
电动机的安全运行
为了确保电机缘材料损坏或性
能下降。
绝缘材料耐热等级
电机的绝缘材料有一定的耐热 等级，温升应不超过该等级规 定的最高限值。
寿命影响
温升过高会加速电机的老化过 程，影响电机的使用寿命。
异步电机的新发展
节能环保
异步电机采用高效能的设计和材料，能够降低能耗和减少对环境 的影响。
可靠性高
异步电机结构简单、维护方便，具有较高的可靠性。
应用广泛
异步电机适用于各种不同的应用场景，如工业自动化、家用电器等 。
06
案例分析
案例一：某型号电机的温升问题分析
总结词：电机过热
详细描述：某型号电机在长时间运行后出现异常温升，经检测发现是电机内部线圈绝缘层老 化导致。
铁芯损耗
磁场的交变引发铁芯的磁滞和 涡流现象，产生铁芯损耗并转
化为热量。
机械损失
轴承摩擦、通风摩擦等机械损 失也会转化为热量。
负载变化
电机负载的变化会影响发热量 ，负载增加时发热量相应增加
。
温升的定义与测量
01
02
03
温升
电机温度与周围环境温度 之差。
测量方法
采用温度传感器（如热电 偶、红外测温仪）测量电 机表面温度，并与环境温 度进行比较。
常情况并进行处理。
定期对电机进行维护和保养，如 清理灰尘、更换润滑油等，可以 保持电机的良好运行状态，降低
温升。
05
新型电机技术及其发展
永磁同步电机
高效能
永磁同步电机采用高性能的永磁 材料，具有较高的转矩密度和效
电机学电机的发热与冷却课件
液体冷却
总结词
利用液体循环进行散热。
详细描述
液体冷却通过将电机浸没在冷却液中或使用循环冷却液系统进行散热。冷却液将电机产生的热量带走 ，并通过热交换器将热量传递给外部环境。这种散热方式适用于高功率电机和大容量设备。
热管冷却
总结词
利用热管高效导热性能进行散热。
详细描述
利用热管高效导热性能进行散热。
03
电机的热设计
电机的热设计原则
效率优先
在满足电机性能要求的前提下， 应尽可能地提高电机的效率，以 减少不必要的能量损失和发热。
安全可靠
电机的设计应确保其在正常工作 条件下不会过热，同时也要考虑 到可能的异常工作情况，保证电 机在极端情况下也能安全运行。
经济合理
在满足性能和安全性的前提下， 电机的设计应尽可能地降低成本 ，包括材料成本、制造成本等。
机械损耗
电机内部的机械摩擦和轴承摩擦会产生机械 损耗，转化为热能。
电机冷却的必要性
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防止过热
电机过热会导致绝缘材料 老化，缩短电机寿命，甚 至引发火灾。
提高效率
电机冷却可以降低内部温 度，减少能量损失，提高 电机效率。
保证正常运行
适当的冷却可以保证电机 在正常温度范围内运行， 确保其性能和稳定性。
详细描述
自然冷却不依赖于外部设备，通常用于小型电机或低功耗电机。通过将电机外 壳设计为散热片或增加散热面积，使电机在运行过程中产生的热量能够有效地 散发到周围环境中。
强制风冷
总结词
利用风扇强制对流进行散热。
详细描述
强制风冷通过在电机外壳上安装风扇来增加散热表面的空气流通。风扇将冷空气吸入，将热空气排出，从而带走 电机产生的热量。这种散热方式适用于中大型电机和需要较高散热能力的场合。
电机的发热和冷却
结论：
（1）均质等温固体的发热和冷却曲线都是指数曲线。
（2）由于物体的稳态温升θ∞＝Q／αA，所以单位时间 内物体内部产生的热量越大，稳态温升就越高，表面的 散热能力越强，稳态温升就越低。散热系数。α是一个很
复杂的系数，对不同的冷却介质和不同的气流速度， α有不同 的数值。
234.5改用245来代替
测出的温度是整个绕组的平均温度。
(3)埋置检温计法 较大的电机，在装配时常在预计有最高
温度的地方(例如槽内上、下层之间或槽底)埋置
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检温计。检温计有热电偶和电阻温度计两种。电机运行时 ，通过测量热电偶的电动势或电阻温度计的电阻，就可确 定被测点的温度。此法虽较复杂，但它可以测得接近于电 机内部最热点的温度。
现在你ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ浏览到当前第三页，共二十八页。
注意： （1）当绝缘处于极限工作温度内时，电机的使用寿命可以
长达15~20年；
（2）如果高于表示的温度连续运行，电机的使用寿命将迅 速下降。
据统计，A级绝缘材料的工作温度每上升8~100，绝 缘的寿命将缩短一半。现代电机中应用最多的是E级和B级绝 缘。
现在你正浏览到当前第四页，共二十八页。
现在你正浏览到当前第六页，共二十八页。
铭牌上所表明的额定功率就是指在标准的环境温度（我国规 定为40oC）和规定的工作方式下，其温度不超过绝缘的最高 允许温度时的最大输出功率。 3、测量方法
(1)温度计法 这种方法用温度计直接测定温度，最为简 便。但温度计只能触及部件的表面，故测得的温度仅为 部件表面温度，而无法测出内部最热点的温度。因此， 温度计法测得的温升限度要比其他方法规定得稍低一些 。
大型电机的损耗、发热和冷却
大型电机的损耗、发热和冷却摘要大型发电机是电网的主要设备之一，是电能的直接生产者。
大型电机的发展在整个国民经济的发展中占有重要地位。
从电力生产，电网运行、管理的经济性和供电质量来看，电网中主力机组的单机容量应与电网总容量维持一定的比例，例如6～8%。
单机容量越大，则单位容量成本下降，材料消耗降低，其经济性能就越好。
但增加容量势必要增加电机的损耗，同时电机的发热和温升也会上升，如何降低损耗、加强冷却系统，也就成为如何提高出力时必须解决的问题，本文着重在这几个方面做一些分析和探讨。
关键词电机损耗；大型电机温升；大型电机冷却方式一、引言电机容量的提高主要通过增大电机的线性尺寸和增加电磁负荷两种途径实现。
然而增大线性尺寸同时会增大损耗(因为电机的损耗是与线性尺寸的三次方成正比)，造成电机效率下降。
而增加磁负荷，由于受到磁路饱和的限制也很难实现。
所以提高单机容量的主要措施就在于增加线负荷了。
但增加线负荷就同时会增加线棒铜损，线圈的温度将增加，可能达到无法容许的程度。
这时就必须采用强化冷却技术，以提高散热强度，从而将电机各部分的温升控制在允许范围内，才能保证电机安全可靠地运行。
所以冷却技术的进步是电机向大容量发展的保证。
电机的冷却方式分为气冷和液冷两大类。
气冷的冷却介质包括空气和氢气。
液冷的介质有水、油及蒸发冷却所使用的氟里昂类介质及新型无污染化合物类氟碳介质。
汽轮发电机所采用的冷却方式较为丰富，包括空冷、氢冷、水冷、油冷及蒸发冷，以下将从损耗、温升和冷却方式两个方面来作展开。
二、电机的损耗2.1 关于电机的损耗异步电机中的损耗主要由下列五部份组成：1.定子绕组中电流通过所产生的铜耗（PCu1）；2.转子绕组中电流通过所产生的导体（铝或铜）损耗（PCu2）；3.铁心中磁场所产生的涡流和磁滞损耗（PFe）；4.由于风扇和轴承转动所引起的通风和摩擦损耗（Pfw）；5.由气隙磁场高次谐波所产生的负载杂散损耗（Ps）。
电机的发热和冷却26页PPT
END
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
电机的发热和冷却4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽ห้องสมุดไป่ตู้我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
浅析同步发电机的发热及冷却方式
为 了解 决 这 个 问 题 ， 大 型 发 电机 中采 用 了 内冷 却 （ 接 冷 却 ） 在 直 的 气 体与绕组的表 面和铁心接触 ， 以带走 热量 ， 例如 在发电机 内部安 装 内 免 风 扇 或者 是在 外 部 安装 风 扇 以 实 现 冷 却 。 容 量 稍 微 大 一 些 的 ， 以 在 方 法 。 冷 却就 是 使 冷 却 介 质 直 接 与 导 线 接 触 ． 去 槽 绝 缘 的 温 度 差 ， 可 大 大 提 高 了冷 却 效 果 。 发 电 机外 部 用通 风 机来 冷 却 ． 这种 冷 却 方 式 叫 开启 式 空气 冷却 。
４水 内冷 ． 在 大 型发 电机 制 造 中 ， 几 十 年 的 发 展 是 采 用水 内 冷 系 统 。 水 内 近 水 轮 发 电机 的 容 量 一 般 很 大 ， 因而 能 量 损 耗 也 很 大 ， 是 水 轮 发 但 冷 发 电机 的绕 组 导 体 是 空 心 的 ， 纯 净 的蒸 馏 水 通过 导 体 内 部 带 走 热 用 电 机 的 直 径 大 、 积 大 ， 向 长 度 短 ， 些 结 构 上 的特 点 对冷 却 是 有 利 体 轴 这 因 所 的， 因而 ， 水轮发 电机的冷却问题 ， 相对来 讲 ， 比较容易解 决。 近几年世 量 。 为 绕 组上 有 电压 。 以冷 却 水 必 须 通 过 绝 缘 水 管 与绕 组 相 连 接 ．
一
、
般地 ． 由于 中 小 型 同 步 发 电 机 容 量 比 较 小 ， 以 在 冷 却 问题 上 绕 组 导 体 内部 与 绝 缘 层 外 部 的温 差 比较 大 ．这 时 即使 表 面 冷 却 很 强 ， 所 而 绕 组 内部 温 度 仍 然 很 高 ， 强 表 面 冷 却 只 能 起 到 次 要 的 作 用 了。 加 碰 到 的 困难 并 不 大 ． 常采 用 表 面 冷 却方 式 。 通 所谓 表 面 冷 却 ， 是 冷 却 就
电机的发热和冷却共26页
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
电机的发热和冷却
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能的阅读
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电机的发热与冷却
• 电机的额定容量还与使用环境有关，若环境温度、冷却介质、 海拔和相对湿度等与规定的不同，则要对额定容量进行修正。 如在高海拔地区使用，空气稀薄，冷却能力差，则应该降低 电机的额定容量。
• 冷却方式对电机的额定容量影响很大，冷却能力越强，电机 各部件的温度越低，额定容量越大。
• 电机的额定容量还与工作制有关，同一台电机，若运行在不 同的工作制下，其额定容量不同。例如，长期运行时的温升 要高于短时运行，其额定容量要小于后者。
电机的发热与冷却
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
R
R0
T0 t T0 t0
电机的发热与冷却
在电机中，电机的底座和电机周围的空气通常都是不良导热 体，因此热传导主要发生在电机内部。 电机内的热源主要是绕组损耗和铁心损耗，绕组损耗所产生的 热量借助于热传导作用从绕组穿过绝缘传递到铁心中，与铁心 产生的热量一起被传导到电机表面。 可以看出，绕组热量的传导比铁心中热量的传导经过的材料 多，故绕组温度通常高于铁心温度。 将温度场中温度相同的点连接起来，就得到等温线或等温面。 各点热量传导的方向总是与该点温度的空间变化率最大的方向 一致，也就是与通过该点的等温线或等温面的法线方向一致。
是制造厂对电机在相应的变速范围内的变动负载（包括过载） 和各种条件的规定。 • 离散恒定负载工作制定额 • 等效负载定额 一种为试验目的而规定的定额。
电机的发热与冷却
3.3额定容量 • 电机的额定容量就是电机的额定输出功率。 • 对于发电机来说，额定容量是指输出的电功率。 • 对于电动机来说，额定容量是轴端输出的机械功率。电机铭
寿命L可近似表示为 L AeB / T
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8C（B级绝 缘10C，F级绝缘12C，H级绝缘14C），绝缘材料的寿命缩 短一半。
电机的发热与冷却
1.3电机的温升限度 • 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
1－指数曲线 2－实际电机的发热过程曲线
电机的发热与冷却
(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
t
0e T2
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。
电机的发热与冷却
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
电机的发热与冷却
• 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。
电机的发热与冷却
4.2内部冷却方式 大型同步发电机电压较高，绕组采用较厚的绝缘层，而绝缘材 料的导热性能较差，若采用表面冷却方式，即使绝缘外表面得 到很好的冷却，绝缘内层的温度仍可能超过绝缘的允许工作温 度。为解决这一问题，广泛采用内部冷却方式。
的热量为 q 5.7 T 4 T04 10 8 W / m2
(2)对流散热 在电机中，绕组、铁心所发出的热量以及传导到电机表面的热 量是经对流作用由流过它们表面的流体(如空气)带走的。所带走 的热量可用牛顿散热定律计算
q 1 2
热路的形式
q
动使温度趋于均匀的过程，是液体和气体中热传递的主要方 式。 • 物体因自身的温度而具有向外发射能量的能力，这种热传递 的方式叫做热辐射。
在平静的大气中，辐射散发的热量约占总散热量的40％。当 采用强制对流冷却电机时，辐射散发的热量所占比例很小， 可以忽略不计。
电机的发热与冷却
(1)辐射散热 根据史蒂芬－波尔兹曼定律，每秒从发热体单位表面辐射出去
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
• 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。
电机的发热与冷却
1 电机的发热与温升 1.1电机的发热和冷却规律 • 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，其部没
图8-4 平面热传导
电路相似的热路概念，将温度场分布的“
场问题”看作“路问题”，得到如图所示
的热路图。采用热路图可以方便地进行电机
温升的计算。
图8-5平面热传导热路图
电机的发热与冷却
2.2对流和辐射 在电机中，通过热传导作用传递到电机表面的热量通常通过两 种方式散发到周围介质中，一是热对流，二是热辐射。 • 热对流是液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流
Q
A
QRa
图8-6 对流散热的热路图
电机的发热与冷却
3 电机的工作制、定额与额定容量 3.1工作制 工作制是对电机承受负载情况的说明，包括起动、电制动、空
载、断能停转以及这些阶段的持续时间和先后顺序。 • 连续工作制S1 • 短时工作制S2 • 断续周期工作制S3 • 包括起动的断续周期工作制S4 • 包括电制动的断续周期工作制S5 • 连续周期工作制S6 • 包括电制动的连续周期工作制S7 • 包括变负载变速的连续周期工作制S8 • 负载和转速作非周期变化的工作制S9 • 离散恒定负载工作制S10
电机的发热与冷却
单位时间内通过单位等温面的热量称为热流密度q
qQ A
Q为单位时间内通过等温面的总热量，即热流量；A为等温面的 面积 。 热流密度与各点在等温面的法线方向上的温度空间变化率即温 度的梯度成正比
q
为热导率，为温度梯度 当热流沿x方向单方向传导时，热流密度为 q d
1
e
t T1
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。
电机的发热与冷却
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。
电机的发热与冷却
表面冷却按结构可分为自冷、内部风扇自冷、外部风扇自冷 和他扇冷。 • 自冷 自冷式电机没有任何冷却装置，仅依靠表面的辐射和自然对 流使电机得以冷却，散热能力差。 • 内部风扇自冷 内部风扇自冷式电机的转子上装有风扇，风扇驱使冷却介质 流过电枢表面，并从轴向和径向的通风道内通过，将热量带 走。 • 外部风扇自冷 外部风扇自冷式电机装有内外两层风扇。这种冷却方式适用 于封闭式和防爆式电机。 • 他扇冷他扇冷式 电机用以供给冷却空气的风扇不是由电机本身驱动的，而是 由另外的动力驱动。
• 电机额定容量的规定还应具有一定的灵活性，它不但要供给 额定负载，还应能够在短时间内允许适当限度的过载而不致 使温升超过限度。
电机的发热与冷却
4 电机的冷却 • 随着电机设计和制造技术的发展，电机的单机容量不断增大。
为减小电机体积、提高材料利用率，通常选用较高的电磁负 荷，导致电机发热量增加。要保证电机可靠工作，必须提高 电机的散热冷却能力，电机的散热冷却技术随之发展。 • 在冷却介质方面，首先被采用的是空气，后来采用氢、水和 油等。在冷却方式方面，从表面冷却（外冷）发展到冷却效 果较好的内部冷却（内冷）。 4.1表面冷却方式 在电机中，冷却介质通过绕组、铁心和机壳的表面，将热量 带走，称为表面冷却。表面冷却主要采用空气做冷却介质， 具有结构简单、成本低的特点，但冷却效果较差，在高速电 机中产生的摩擦损耗较大，主要用于中小型电机中。
物体的温升，用表示，单位为开尔文（K）。
电机的发热与冷却
温升随时间t的变化规律为：
0
0
1
e
t T1
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
电机的发热与冷却
3.2电机的定额 电机的定额是由制造厂对符合指定条件的电机所规定的、并在
铭牌上标明的电量和机械量的全部数值及其持续时间和顺序。 • 连续工作制定额
是制造厂对电机负载和各种条件所作的规定。 • 短时工作制定额
是制造厂对电机负载、运行时间和各种条件的规定。 • 周期工作制定额
是制造厂对电机负载和各种条件的规定。 • 非周期工作制定额
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 。