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浅析电机的热交换和热稳定

2019年01月24日 14:00:10来源:大比特网作者:大比特网关键词:电机网
  温升是电机的重要性能指标,电机运转时本身是一个发热体,那电机是通过什么方法散热而到达终究的平衡呢?一般状况下,热量从发热体外表发出到周围介质中去首要通过两个方法;一种是辐射;另一种是借助于空气或其他冷却介质的对流。在电机中,通常后者占首要方位。
 
  辐射散热
 
  按辐射规律,每秒从每平方米发热体外表辐射出去的热量见式(1):
 
  q=5.7×10-8v(T4-T04)(瓦/米2)………………(1)
 
  式(1)中:
 
  T——发热体外表的温度(K);
 
  T0——为周围介质的温度(K);
 
  5.7×10-8——从实验得出的纯黑物体的辐射常数;
 
  V——因数,其值随发热体外表状况的不同而异,纯黑物体为1,粗铸铁为0.97,毛面锻铁为0.95,磨光锻铁为0.29,毛面黄铜为0.2,磨光紫铜为0.17。
 
  依据式(1)能够看出,由辐射散走的热量,一方面决定于发热体外表的特性,外表晦暗的物体的辐射才能大于外表有光泽的物体,另一方面决定于发热体外表与其周围介质的温度。
 
  一般,在安静的大气中,由辐射发出的热量约占总散热量的40%。当采用强制对流来冷却电机时,由强制对流散走的热量要比由辐射带走的大得多,故辐射散热常被省略不计。
 
  对流散热
 
  从固体外表和流体直接接触时的散热状况能够发现。当固体外表的温度与流体的温度不相等时,它们之间发作热交换,热量将由高温物体传向低温物体。这种交换热实践上是传导和对流两种作用,但总称为对流换热。在电机中,铁心、绕组或其他发热部件中发作的热量就是由流过这些部件的某一或某些外表的冷却流体(空气、氢气、水、油等)所带走,:因而对流散热方式在电机冷却系统中广泛存在。这种散热方式的散热才能,首要取决于流体在固体外表上的运动状况。
 
  当流体作层流运动时,流体仅有平行于固体外表的活动。若将流体分成许多平行于固体外表的活动层,各层之间没有流体的交换,这时在与固体外表笔直的方向,热量的传递首要依托传导作用。
 
  因为流体的导热系数较小,所以层流时的固体外表的散热状况很差。当流体作紊流运动时,流体各部分不再保持平行于固体外表的运动,而以平均流速向各方向作无规则的旋涡,这时热量的传递首要依托对流作用。
 
  因为对流传热时的热阻比较小,因而流体作紊流运动时的固体外表的散热才能显著提高。在紊流状况下,靠近固体外表依旧存在着一个层流薄层,但如流体的流速越大,则这个层流层就越薄,外表散热才能就越高。对流散热时,外表散热才能还与冷却介质的物理性能(如导热系数,比热、重度等)以及固体外表的几何形状、尺度以及它处在流体中的方位等要素有关。
 
  关于电机温升
 
  温升是电机发热部位与周围环境温度的差值,通常指定子铁芯和绕组温升。电机运转时,铁芯处在交变磁场中会发作磁滞和涡流损耗,电流流过绕组发作铜损耗,还有风摩耗、机械耗,以及定转子开槽发作的气磁场隙磁场脉振波和绕组固有的非工作谐波等引起的杂散损耗等,终究都会以发热的方式体现,从而使电机温度升高。
 
  另,与发热要素相对应的,存在以下散热要素:
 
  ●电机外表与周围环境有温差,存在热传递和热辐射。
 
  ●电机内部发热元件与内部空气间、电机内部空气与电机壳体间、电机壳体与吹过电机外表的风之间均存在热交换。
 
  当两方面的要素,即发热要素与散热要素到达平衡状况时,温度不再上升而稳定在一个水平上。若有外界要素扰动,如负载增大或俄然短路等故障状况发作,平衡状况将被损坏,电机温度持续上升,温差也持续扩大,直到新增散热量与新增发热量相等,在另一个较高的温度下到达新的平衡,但这时的温差即温升已比以前增大了。
 
  电机规划最重要的任务之一就是研究把握这种通风散热条件或要素与发热量之间的定性或定量联系,确保电机实践温增值在合理范围内波动。实践运转中,如电机温升俄然增大,表征电机存在匝间短路等电气故障或风道阻塞、负荷突增等异常状况。
 
  影响温升变化的要素
 
  对于正常运转的电机,理论上在额外负荷下其温升应与环境温度的高低无关,但实践上仍是受环境温度等要素影响的。
 
  ●当气温下降时,正常电机的温升略降。(铜的阻值与温度的相关联系)
 
  ●对自冷却电机,环境温度升高时,则温升添加。
 
  ●空气湿度添加时导热作用改善,温升可略降。
 
  ●海拔以1000m为规范,高海拔时因散热作用相对较差温升也会略有添加。
 
  型式实验时电机温升合格纷歧定能确保电机运转的安全性。温升是温度的差值,与电机的实践运转环境温度直接相关,当环境温度较高时,电机运转时的实践温度也会随之升高,这就触及耐热等级与实践工作温度的匹配联系。
 
  一起与相关零部件的最高耐热温度也直接相关,如轴承的工作温度控制要求。如滚动轴承温度应不超越95℃,滑动轴承的温度应不超越80℃。因温度太高会使油质发作变化和损坏油膜,该问题的直接后果是因轴承失效导致电机轴承系统发热,加重电机绕组温度急速上升的一起,呈现电机阻滞抱轴,瞬时导致电机焚毁。
 
  一家电机出产企业出产螺杆空压机电机,型式实验时电机温升在70K左右,但电机配套空压机投放市场后,绕组过热焚毁、轴承散架等毁灭性电机故障不定期批量发作。统计数据显示,这类故障电机的终端客户都在高温季节时的南方。
 
  预期与实践总之有偏差,许多好像不应该有的电机故障其实也是件功德。第一,给电机规划者供给了绝佳的参照物,产品改进有了较强的针对性。第二,警示电机出产企业特别是北方企业,厂内实验验证合格并不代表产品开发成功,有必要充沛论证电机实验温升与实践运转工况之间的匹配联系。第三,实验值与规划值吻合仅仅是必要条件,适用可靠和客户的良好口碑才是最好的试金石。
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