8.电机发热与冷却 P1∑p=P2 损耗→热量→电机温度升高 降低绝缘材料的使用榖命 限制电机的输出 81电机的温升和温升限度 电机中常用绝缘材料及其容许工作温度 1.种类:漆、薄膜、纤维制品 主要指标击穿强强 容许工作温度 A级105C 经过浸渍或者浸于油中的棉纱丝、纸、磁漆(用于变压器)。 聚脂树脂、环氧树脂及三醋酸纤维等制成的薄膜,聚酯漆。 0C 云母、玻璃纤维、石棉,提高了耐热性能的有机漆。 F级155C 云母、玻璃纤维、石棉,改性合成树脂漆 H级180C 云母、玻璃纤维、石棉,硅有机漆 C级>180C 耐热温度的确定:对于A级绝缘,工作在95°时,寿命20年;温度每增加8°C, 使用寿命减半。例如:工作在103C时寿命为10年;工作在121C时寿命为5年 Y、Y2系列电机为B级绝缘 电机的温升和温升限度 1.温升θ:电机某部件的温度一冷却介质温度=温升 环境温度 2.温升限度:允许的最高温升{海拔高度 温度测量方法 GB755—87规定,当海拔<1000m时,环境温度规定为40°C 温度计法 测表面温度 3.温度测量方法{电阻法 R234.5+t 测平均温度(导体温度) R0234.5+t 埋置检温计法 测最高温度 对于B级绝缘40C<1000mPN<5000kw的交流电机绕组 电阻法测温时,允许温升为80C 检温计法测温时,允许温升为90C 2电机的发热和冷却 电机内热量的传导和散出
8. 电机发热与冷却 P1 -p = P2 → → → 限制电机的输出 降低绝缘材料的使用寿命 损耗 热量 电机温度升高 8.1 电机的温升和温升限度 一. 电机中常用绝缘材料及其容许工作温度 1．种类：漆、薄膜、纤维制品； 2． 容许工作温度 击穿强强 主要指标 A 级 1050C 经过浸渍或者浸于油中的棉纱丝、纸、磁漆（用于变压器）。 E 级 1200C 聚脂树脂、环氧树脂及三醋酸纤维等制成的薄膜，聚酯漆。 B 级 1300C 云母、玻璃纤维、石棉，提高了耐热性能的有机漆。 F 级 1550C 云母、玻璃纤维、石棉，改性合成树脂漆。 H 级 1800C 云母、玻璃纤维、石棉，硅有机漆。 C 级 >1800C 耐热温度的确定：对于 A 级绝缘，工作在 950C 时，寿命 20 年； 温度每增加 8 0 C， 使用寿命减半。例如：工作在 1030C 时寿命为 10 年；工作在 1210C 时寿命为 5 年。 Y 、Y2 系列电机为 B 级绝缘。 二. 电机的温升和温升限度 1． 温升：电机某部件的温度 — 冷却介质温度 = 温升 2． 温度测量方法 海拔高度 环境温度 温升限度：允许的最高温升 GB 755 — 87 规定，当海拔 < 1000m 时，环境温度规定为 400C。 3． 234.5 t 234.5 t R R 0 0 + + = 埋置检温计法 测最高温度 电阻法 测平均温度（导体温度） 温度计法 测表面温度。 温度测量方法 对于 B 级绝缘 400C < 1000m PN < 5000kw 的交流电机绕组 电阻法测温时，允许温升为 800C 检温计法测温时，允许温升为 900C 8.2 电机的发热和冷却 一. 电机内热量的传导和散出
1热源{导体内的电阳拟耗在内部通过传导→电机表面{对流 散发到周围冷却介质中。 热流方向的热路长度 2.内部传热能力热阻R=1{A一垂直与热流方的导热面积m2 入A|一热导率(wmC) 385紫铜 λ=0.36云 10023薄空气层电机绕组通过浸漆可提高导热性能 3.表面散热能力 面积 表面散热能力冷却介质的流动速度Y系列电机为了提高散能力{散热筋 内外风扇 冷却介质温度 4.电机的工作方式 连续 电机的工作方式{短时 周期 二.电机连续运行时电机的发热和冷却 电机实际的发热和冷却非常复杂,∵各部分的材料不同,发热不同,散热条件不同 下面引入均质等温固体的概念。 1.均质等温固体:表面各点散热情况相同,且内部没有温差的理想发热体。 把电机视为均质等温固体(简化分析) 单位时间的发热量Q α表面散热系数 单位时间的散热量aA0 A物体表面散热面积 0温升 单位时间吸收的热量ccdC物体比热 G物体质量 温升的变化率 Qt=CG+αA→Q=CG+αAθ(一阶微分方程)
散发到周围冷却介质中。 辐射 对流 在内部通过传导 电机表面 铁心内的损耗 导体内的电阻损耗 热源 1. → → 2． (w/m C) A m l m A l R 0 2 t h = — 热导率 —垂直与热流方的导热面积 — 热流方向的热路长度 ； 内部传热能力 热阻 0.023 0.36 385 = 薄空气层 电机绕组通过浸漆可提高导热性能 云母 紫铜 3．表面散热能力 Y 冷却介质温度 内外风扇 散热筋 冷却介质的流动速度 系列电机为了提高散热能力 面积 表面散热能力 4．电机的工作方式 周期 短时 连续 电机的工作方式 二. 电机连续运行时电机的发热和冷却 电机实际的发热和冷却非常复杂，∵ 各部分的材料不同，发热不同，散热条件不同。 下面引入均质等温固体的概念。 1．均质等温固体：表面各点散热情况相同，且内部没有温差的理想发热体。 把电机视为均质等温固体（简化分析） 单位时间的发热量 Q 单位时间的散热量 αAθ A 温升 物体表面散热面积 表面散热系数 单位时间吸收的热量 dt d G C dt d C G 温升的变化率 物体质量 物体比热 A dt d dt A dt Q C G dt d Q dt C G + （一阶微分方程） + = =
Q t=∞时的温升 CA 若Q=C,a不变,则θ=0、(-c)+0,e-t=0时的温升 faA时间常数 2.电机的发热 若t=00o=0 从冷态开始 d6。-!|t=0 Qdt=CG de+ aAdt dT解释:开始0=0aA=0无热量散出 t=∞ :0 最终θ=0。=0热量全部散出 的意义:若温升以初始的速率上升,则在I时间内达到稳态温升。 t=4T时,可认为0=0。 3.电机的冷却:Q=000。=00=Te 结论: 1)发热和冷却均为指数曲线 2)0= QjQ大,0。↑ aAaA大,θ↓ 3)T CG∫CG(热容量)↑→T个 G∝πD aA1aA(散热能力↑→T↓A∝πD 电机容量↑ 发热和冷却的初始阶段曲大,测温要快 测温间隔要短 二短时运行和周期性运行的发热和冷却 1.短时运行 短时运行运行时间短,下一次起动前电机的温升=0 周期运行运行周期10分钟,负载持续率15%25%40%60% 负载持续率40%意义为:工作4分钟,停机6分钟。 0上升,下降交替变化0。(周期)=C 83电机的冷却方式
若 Q = C ，α不变， 则 T t 0 T t 1 e e − − = （ − ）+ A CG T t 0 t A Q 0 = = = = —时间常数 — 时的温升 — 时的温升 2．电机的发热 若 t = 0 θ0 = 0 从冷态开始 （ T） t 1 e − = − T t e dt T d − = 0 dt d t dt T d t 0 = = = = 0 dt d 0 A 0 Q dt CG d Adt = = = = = + 最终 热量全部散出 解释： 开始 无热量散出 的意义 ：若温升以初始的速率上升，则在T时间内达到稳态温升。 A CG T = t 4T = 时，可认为 = 3．电机的冷却： Q 0 0 T e T t - = 0 = = 0 结论： 1）发热和冷却均为指数曲线 2） A Q A Q = 大， 大， 3） A ( ) T A Dl CG ( ) T G D l A CG T 2 → → = 散热能力 热容量 电机容量 ↑ → T ↑ dt d 测温间隔要短 测温要快 发热和冷却的初始阶段 大， 二.短时运行和周期性运行的发热和冷却 1. 短时运行 短时运行 运行时间短，下一次起动前电机的温升 θ = 0。 周期运行 运行周期 10 分钟，负载持续率 15% 25% 40% 60% 负载持续率 40%意义为： 工作 4 分钟，停机 6 分钟。 θ上升，下降交替变化 θ∞（周期）= C 8.3 电机的冷却方式
自冷式:不装任何的冷却装置 径向通风 表面冷却自扇冷式:装风扇{轴向通风 P256图8-68-7 混合通风 他扇冷却:风扇有另外的电机驱动{开启式通风系统 封闭循环式通风系统 二.内部冷却 空心导体,冷却介质从中流过,带走热量氢内冷 水内冷 84电力变压器的冷却 干式变压器风冷 油浸自冷 电力变压器{油浸式变压器{油浸风冷 强迫油循环
一. 表面冷却 P 8 - 6 8 - 7 256 封闭循环式通风系统 开启式通风系统 他扇冷却：风扇有另外的电机驱动 混合通风 轴向通风 图 径向通风 自扇冷式：装风扇 自冷式：不装任何的冷却装置 二. 内部冷却 空心导体，冷却介质从中流过，带走热量 水内冷 氢内冷 8.4 电力变压器的冷却 强迫油循环 油浸风冷 油浸自冷 油浸式变压器 干式变压器 风冷 电力变压器