第六章 电机的冷却 ppt课件
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流体是由相互间联系比较松弛的分子所组成，分子之间没 有像刚体所具有的那种刚性联系，因此研究流体的运动比研究刚 体的运动要复杂得多。
我们在研究流体运动时， —般都采用欧拉提出的连续性， 即流体是一种连续介质的假设，认为流体的分子之间没有空隙。 （二）流体的压缩性
根据流体在压力的作用下其体积改变的程度不同，流体可分为 可压缩的和不可压缩的两种。例如当压力从1个大气压增至100个 大气压时，水的体积只改变0.5％，而空气的体积 却几乎只有原来的1％。因此相对来说，空气是可压缩的流体， 而水是不可压缩的流体。但是在用空气作为冷却介质的电机中， 空气的流速不大，压力的变化也不大，体积的变化约为5％，在 这种条件下，也可把空气当作不可压缩的流体来处埋。
§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，除轴承中的热量系由轴 承的外表面自然导散或由通入
轴承中的循环润滑油导散外，其他损耗全部依靠流体(空气、 氢气或水等)带走。所需冷却介质的总体积流量可按能量守 恒关系，由下式计算：
qV
ph
ca a
二、流体运动中常用名词介绍 (—) 流体的概念
水冷却
二、空气冷却系统
优点：电机结构简单、成本较低
缺点：冷却效果差、高速电机引起风摩损耗较大
类型：
（一）开路冷却（或自由循环）或闭路冷却（或封闭循环）
1、开路冷却：其冷却空气由电机周围抽取，通过电机后再回到 周围环境中去。
2、闭路冷却：其初级冷却介质（如空气）通过电机，沿着闭合 线路进行循环，初级冷却介质 中的热量经结构或冷却器传递 给第二冷却介质（如水）。
pg
2
2
静压力与动压力之和称为全压力，亦即单位体积的流体 中所包含的总机械能。
三、理想流体的运动方程(伯努利方程) 流体力学理论中，证明了理想流体的稳态运动方程为
gh p 1 2 C
2
（６－6）
这方程称为伯努利方程，它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。
式中 gh 是对应于重力的位能，p为流体内部包含的压
力能(也是一种位能) 。
1 2 是流体的动能。
2
g 式（６－6）除以
得
p 12
h h
g 2
g
C1
（６－7）
式(6-6)中的各项所代表的是流体单位体积内所包含的能量， 写成以压力表示的形式，而式(6-7)中的各项所代表的是流体 单位重量内所包含的能量，但写成以所谓压头的形式。
② 缺点：通风强，风压损失小，材料省；但沿轴向方向 上冷却不均匀，且不便于利用转子上部件的鼓风作用
3、混合通风系统：兼有轴向和径向两种通道，但往往是 偏重一种
① 直流电机：以轴向为主的混合式系统
② 汽轮发电机：以径向为主的混合式系统
特点：将气流分为多股，使冷却空气尽可能与电机的所 有发热部分相接触源自文库电机各部分得到均匀地冷却。
压头的量纲是长度，它的单位是米，压头与压力之间的关系 可以这样来理解：即某一流体所具有的压力，可用产生同样 压力的流体柱的高度来表示。
在式(6-7)中， h为高程，
h 为全压头。
p
g
为静压头， 1 2 为动压头，
2g
在电机冷却系统中流体在运动过程中其高度位置变化不大， 即式(6-7)中与重力相应的位能或高程h可以略去不计，或 该式可简化为
Re d
v
实验结果表明，流体运动时，当Re<2300时为层流，当 Re>2300时为紊流，但Re达到2300以前，即已开始有 部分紊流存在
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－静压力和动压力 静压力反映出流体受压缩的程度。静压力也可看作是单 位体积内被压缩流体所储存的位能。 动压力则表示运动着的流体，其单位体积中所包含 的动能。动压力可表示为：
第六章 电机的冷却
§6-1 电机的冷却方式
近代电机大部采用较高的电磁负荷，以提高材料的利用 率，电机的单机容量也是益增大，因此必须改进电机的冷 却系统，以提高其散热能力。
一、 冷却方式概述
冷却方式按冷却介质分：
① 空气冷却（开路或闭路；径向、轴向或混合式；吸入 式或压入式；外冷式或内冷式）
② 油冷却 ③ 氢冷却 ④ 水冷却
（二）径向、轴向和混合式通风系统
按电机内冷却空气流动的方向分
径向通风系统 轴向通风系统 混合通风系统
1、径向通风系统：通风的冷却介质沿径向流动
① 优点：利用转子上能够产生风压的零部件（如风道片， 磁极等）的鼓风作用，应用较广
② 缺点：通风能力较差
2、轴向通风系统：通风的冷却介质沿轴向流动 ① 优点：便于安装直径较大的风扇，以加大通风量
（三）抽出式和鼓入式
1、抽出式：冷空气首先和电机的发热部分接触再通过风扇， 可采用直径较大的风扇；
特点：冷却能力较高，将使换向器上所形成的灰尘带入电机 中。
2、鼓入式：冷空气首先通过风扇，被风扇的损耗加热后再和 电机的发热部分接触
特点：冷却能力较低，但它能避免电刷与换向器磨损耗的灰 尘进入电机。
（四）外冷与内冷 1、外冷：空气冷却系统一般采用外冷。冷却介质空气吹 拂过电机线圈绝缘和铁心表面，所以 又叫表面冷却方式。 2、内冷：冷却介质（空气、水、氢）直接冷却发热体的 内部表面。冷却效果好，但冷却系统复杂，对冷却介质要 求十分干净。因此很少采用空气作为冷却介质。
(三)流体的粘滞性 所有的流体都不可避免具合一定的粘滞性，它表现为一种
抗拒流体流动的内部摩擦力或粘滞阻力；流体的层与层间的 这种摩擦力的大小，根据大量试验表明，正比于流体层滑动 时的速度梯度，即
d
dn
(四)理想流体和真实流体 真实流体都是可压缩的，而且是有粘滞性的。既不考
虑其可压缩性，也不考虑其粘滞性 的流体．称为理想流 件。 在研究流体运动时，往往先从理想流体出发得出运动的 一般规律， 然后按真实流体的情况加以补充和修正。
(五)层流及紊流 流体在管道内运动的状态可分为层流及紊流两种。 作层流运动时，流体仅有平行于管道表面的流动。若将流 体分为许多平行于管道壁的薄层，则各层作平行运动，它 们之间没有流体的交换。 作紊流运动时，流体中的大部分质点不再保持平行于壁的 运动，而以平均流速向各方向作无规则扰动。
通常用一个无量纲的量雷诺数来判断流体流动的状况：
我们在研究流体运动时， —般都采用欧拉提出的连续性， 即流体是一种连续介质的假设，认为流体的分子之间没有空隙。 （二）流体的压缩性
根据流体在压力的作用下其体积改变的程度不同，流体可分为 可压缩的和不可压缩的两种。例如当压力从1个大气压增至100个 大气压时，水的体积只改变0.5％，而空气的体积 却几乎只有原来的1％。因此相对来说，空气是可压缩的流体， 而水是不可压缩的流体。但是在用空气作为冷却介质的电机中， 空气的流速不大，压力的变化也不大，体积的变化约为5％，在 这种条件下，也可把空气当作不可压缩的流体来处埋。
§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，除轴承中的热量系由轴 承的外表面自然导散或由通入
轴承中的循环润滑油导散外，其他损耗全部依靠流体(空气、 氢气或水等)带走。所需冷却介质的总体积流量可按能量守 恒关系，由下式计算：
qV
ph
ca a
二、流体运动中常用名词介绍 (—) 流体的概念
水冷却
二、空气冷却系统
优点：电机结构简单、成本较低
缺点：冷却效果差、高速电机引起风摩损耗较大
类型：
（一）开路冷却（或自由循环）或闭路冷却（或封闭循环）
1、开路冷却：其冷却空气由电机周围抽取，通过电机后再回到 周围环境中去。
2、闭路冷却：其初级冷却介质（如空气）通过电机，沿着闭合 线路进行循环，初级冷却介质 中的热量经结构或冷却器传递 给第二冷却介质（如水）。
pg
2
2
静压力与动压力之和称为全压力，亦即单位体积的流体 中所包含的总机械能。
三、理想流体的运动方程(伯努利方程) 流体力学理论中，证明了理想流体的稳态运动方程为
gh p 1 2 C
2
（６－6）
这方程称为伯努利方程，它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。
式中 gh 是对应于重力的位能，p为流体内部包含的压
力能(也是一种位能) 。
1 2 是流体的动能。
2
g 式（６－6）除以
得
p 12
h h
g 2
g
C1
（６－7）
式(6-6)中的各项所代表的是流体单位体积内所包含的能量， 写成以压力表示的形式，而式(6-7)中的各项所代表的是流体 单位重量内所包含的能量，但写成以所谓压头的形式。
② 缺点：通风强，风压损失小，材料省；但沿轴向方向 上冷却不均匀，且不便于利用转子上部件的鼓风作用
3、混合通风系统：兼有轴向和径向两种通道，但往往是 偏重一种
① 直流电机：以轴向为主的混合式系统
② 汽轮发电机：以径向为主的混合式系统
特点：将气流分为多股，使冷却空气尽可能与电机的所 有发热部分相接触源自文库电机各部分得到均匀地冷却。
压头的量纲是长度，它的单位是米，压头与压力之间的关系 可以这样来理解：即某一流体所具有的压力，可用产生同样 压力的流体柱的高度来表示。
在式(6-7)中， h为高程，
h 为全压头。
p
g
为静压头， 1 2 为动压头，
2g
在电机冷却系统中流体在运动过程中其高度位置变化不大， 即式(6-7)中与重力相应的位能或高程h可以略去不计，或 该式可简化为
Re d
v
实验结果表明，流体运动时，当Re<2300时为层流，当 Re>2300时为紊流，但Re达到2300以前，即已开始有 部分紊流存在
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－静压力和动压力 静压力反映出流体受压缩的程度。静压力也可看作是单 位体积内被压缩流体所储存的位能。 动压力则表示运动着的流体，其单位体积中所包含 的动能。动压力可表示为：
第六章 电机的冷却
§6-1 电机的冷却方式
近代电机大部采用较高的电磁负荷，以提高材料的利用 率，电机的单机容量也是益增大，因此必须改进电机的冷 却系统，以提高其散热能力。
一、 冷却方式概述
冷却方式按冷却介质分：
① 空气冷却（开路或闭路；径向、轴向或混合式；吸入 式或压入式；外冷式或内冷式）
② 油冷却 ③ 氢冷却 ④ 水冷却
（二）径向、轴向和混合式通风系统
按电机内冷却空气流动的方向分
径向通风系统 轴向通风系统 混合通风系统
1、径向通风系统：通风的冷却介质沿径向流动
① 优点：利用转子上能够产生风压的零部件（如风道片， 磁极等）的鼓风作用，应用较广
② 缺点：通风能力较差
2、轴向通风系统：通风的冷却介质沿轴向流动 ① 优点：便于安装直径较大的风扇，以加大通风量
（三）抽出式和鼓入式
1、抽出式：冷空气首先和电机的发热部分接触再通过风扇， 可采用直径较大的风扇；
特点：冷却能力较高，将使换向器上所形成的灰尘带入电机 中。
2、鼓入式：冷空气首先通过风扇，被风扇的损耗加热后再和 电机的发热部分接触
特点：冷却能力较低，但它能避免电刷与换向器磨损耗的灰 尘进入电机。
（四）外冷与内冷 1、外冷：空气冷却系统一般采用外冷。冷却介质空气吹 拂过电机线圈绝缘和铁心表面，所以 又叫表面冷却方式。 2、内冷：冷却介质（空气、水、氢）直接冷却发热体的 内部表面。冷却效果好，但冷却系统复杂，对冷却介质要 求十分干净。因此很少采用空气作为冷却介质。
(三)流体的粘滞性 所有的流体都不可避免具合一定的粘滞性，它表现为一种
抗拒流体流动的内部摩擦力或粘滞阻力；流体的层与层间的 这种摩擦力的大小，根据大量试验表明，正比于流体层滑动 时的速度梯度，即
d
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(四)理想流体和真实流体 真实流体都是可压缩的，而且是有粘滞性的。既不考
虑其可压缩性，也不考虑其粘滞性 的流体．称为理想流 件。 在研究流体运动时，往往先从理想流体出发得出运动的 一般规律， 然后按真实流体的情况加以补充和修正。
(五)层流及紊流 流体在管道内运动的状态可分为层流及紊流两种。 作层流运动时，流体仅有平行于管道表面的流动。若将流 体分为许多平行于管道壁的薄层，则各层作平行运动，它 们之间没有流体的交换。 作紊流运动时，流体中的大部分质点不再保持平行于壁的 运动，而以平均流速向各方向作无规则扰动。
通常用一个无量纲的量雷诺数来判断流体流动的状况：