第21章 电机的发热和冷却过程
大型电机的损耗、发热和冷却教材
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）。
电机冷却方式介绍
一、概念部分：1）冷却：电机在进行能量转换时，总是有一小部分损耗转变成热量，它必须通过电机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，我们就称为冷却。
2）冷却介质：传递热量的气体或液体介质。
3）初级冷却介质：温度低于电机某部件的气体或液体介质，它与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冷却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至远方。
8）冷却器：使一种冷却介质的热量传递到另外一种冷却介质，并保持两种冷却介质分开的装置。
二、冷却方法代号的内容规定1、电机冷却方法代号主要由冷却方法标志（IC）、冷却介质的回路布置代号、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+推动方法代号2、冷却方法标志代号是英文国际冷却（International Cooling）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，我们公司主要采用的有0、4、6、8等，下面分别说一下它们的含义。
4、冷却介质代号有如下规定：如果冷却介质为空气，则描述冷却介质的字母A可以省略，我们所采用的冷却介质基本上都为空气。
5、冷却介质运动的推动方法，主要介绍四种。
6、冷却方法代号的标记有简化标记法和完整标记法两种，我们应优先使用简化标记法，简化标记法的特点有，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，推动方式为7，则在简化标记中，数字7可以省略。
7、比较常用的冷却方式有IC01、IC06、IC411、IC416、IC611、IC81W 等。
举例说明： IC411 完整标记法为 IC4A1A1“IC”为冷却方式标志代号；“4”为冷却介质回路布置代号（机壳表面冷却）“A’’为冷却介质代号（空气）第一个“1”为初级冷却介质推动方法代号（自循环）第二个“1”为次级冷却介质推动方法代号（自循环）。
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
10.3 电机的冷却方式
电机的冷却情况决定了电机的温升，温升又直接 影响电机的使用寿命和额定容量，由此可见，冷却问 题对电机具有重要意义。 1、电机的冷却介质 指能够直接或间接地把电机热量带走的物质。如 空气、氢气、水和油等。 2、分类 （1）按冷却介质的不同，一般电机的冷却可分为两类： 气体冷却和液体冷却。 中小型电机一般都利用空气来进行通风冷却。按 其冷却方式可分为自然冷却、自通风冷却、强迫通风 冷却以及管道通风冷却等数种方式。
2、电机的工作方式
电机工作时，其温升不仅决定于负载的大小，而且
与负载的持续时间有关系，同一台电机，如果工作时
间长短不同，则能够承担的负载功率也不同。为了适 应不同负载的需要，电机制造时，按负载持续时间的
不同，把电机分成为三种工作方式或三种工作制。
（1）连续（长期）工作制
电机连续工作时间长，其工作时间ton >(3~4)T，
如水闸闸门的起闭机械等。
电机在短时工作时，其容量往往只受过载能力和起动
能力的限制，因此专门为短时工作制设计的电机，其
过载能力和起动转矩都较大。我国生产的短时工作制 电机，其工作时间有15min 、30min、60min、 90min四种定额。
三、重复短时(断续周期)工作制 重复短时工作制又称为断续周期工作制。其特点 是：工作和停止周期性地交替进行，但工作时间和停 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 升 之间波动，平均温升不变。属于此类工作制的生产 机械有起重机、电梯、轧钢辅助机械、某些自动机床 的工作机构等。
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。
一文带你看懂驱动电机冷却系统
一文带你看懂驱动电机冷却系统驱动电机因为在正常运转工作时，会因为铜损耗、铁损耗等原因持续产生热量，车辆的动力输出能力便会随着热量的堆积逐渐衰减，所以工程师们在设计之初就必须考虑散热的问题。
电机及控制系统主要采用风冷和液冷两种冷却方式，少部分小功率电机亦采用自然冷却的方式，如果安装位置有空余，通风情况良好，重量要求不苛刻，则采用风冷方式;如果有节约空间、降低电机总成的重量、提高功率等要求，则采用液冷方式。
一、自然冷却和风冷冷却方式1.自然冷却自然冷却也可以看作是被动散热，它是依靠驱动电机自身的硬件结构，把热量从里经由金属材料向外散热，所以也就不会造成太多的成本支出，但是整体的散热效果并不太好。
考虑到低成本的原因，自然冷却就不能加装过多的结构，所以把驱动电机的外壳设计成鳞片状结构，这样做的目的是增大其与空气直接接触的表面积，从而提升整体的散热效果，这样的方式用于以往的弱混车型还算勉强够用。
2.风冷冷却想要进一步提升驱动电机的散热效果，就不能单单依靠被动的原始手段了，带有散热风扇的主动式风冷效果会更佳些。
在早期的时候，驱动电机会利用自带的同轴风扇，再搭配设计好的一套循环风道，把热量利用风扇的吹力向外扩散。
其原理通俗点说就是把冷空气吹进来，带走驱动电机产生的热量后再吹出去。
驱动电机的自然冷却方式像是在炎热的大夏天，让人静躺在床上抱着“心静自然凉”的想法，还要采取“大”字型的躺法去降暑。
二、驱动电机液冷冷却系统的组成1.水冷冷却方式发动机冷却系统与传统涡轮增压车型冷却系统一样，系统冷却液温度一般在90~100℃之间，允许最高温度为110℃。
电机冷却系统采用了第三套独立的冷却系统，用于电机与电机控制器的冷却，是通过单独的电动水泵驱动冷却液实现的独立循环系统。
它由散热器、电子风扇水管、水壶、电机水套、电机控制器、水泵(安装在散热器立柱上的电动水泵)组成。
系统冷却液温度一般在50~60℃，允许最高温度为75℃。
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。
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量（J/（kg.K)) • G为物体的重量（kg）
• cGd 必是当物体温度升高了dθ度之后在物体内部所需的热
量
第21章 电机的发热和冷却过程
t＝0时，温升 0 0
t
W 1 e
一.电机中常用绝缘材料及其容许的温度限值 • 1.绝缘材料的等级 • A级绝缘——最高容许工作温度是105℃，采用浸渍处
理过的有机材料，如纸、棉纱等。 • E级绝缘——120℃，其材料聚酯薄膜、三醋酸纤维薄
膜等。 • B级绝缘——130℃，其材料主要采用云母纸、云母、
玻璃纤 维及石棉等材料或它们的组合物。 • F级绝缘——155℃，其材料主要采用云母、玻璃纤维
第21章 电机的发热和冷却过程
三、变压器冷却系统
• 1.油浸自冷式 • 2.油浸风冷式 • 3.强迫油循环冷却 • 强油循环风冷却和强油循环水冷却两种方式
第21章 电机的发热和冷却过程
第21章 电机的发热和冷却过程 强油循环风冷却器
第21章 电机的发热和冷却过程 强油循环水冷却
21．1 电机的发热和冷却过程
一.电机内部散热 • 绕组和铁心的损耗是电机热源的主要因素。 • 热量在电机内部的传导过程中也要受到阻力→热阻 • 热阻反比于热导率λ，热导率λ大小取决采用的何种
材料。
第21章 电机的发热和冷却过程
二. 电机的发热过程 • 电机：绕组、铁心、轴承等好几个不同的热源 • 均质等温固体
• 为物体内部产生的热量 Qdt
• 散发出的热量为 aAdt
• 提高物体温升所需的热量 cGd
第21章 电机的发热和冷却Wa表过/示(m散程2热•系K数)
Qdt aAd cGd
cG d aA Q
dt • a表示散热系数，物体的温差为1K时，每秒钟内在单位面积
上所散出的热量 W /(m2 • K )
第21章 电机的发热和冷却过程
第21章 电机的发热和冷却过程
电机在运行过程中都会产生损耗。 危害：使电机发热，温度升高
影响到电机的运行效率。 内部各部分热膨胀系数不同导致结构应力 的变化和内部气隙的微小变化。 温升：电机某零部件的温度与周围冷却介质的 温度之差称为该零部件的温升——符号θ
第21章 电机的发热和冷却过程
•
t无穷大时物体的稳定后温升 W
Q aA
• 发热时间常数 cG
• 实际中t=4τ
aA
• θ＝0.9817 W
第2 d aA 0
dt
0e
均质等温固体冷却曲线是一条指数曲线
第21章 电机的发热和冷却过程
21.2电机用绝缘材料和电机的定额
二.大型发电机冷却
单机容量越大，则单位容量成本下降. a.增大线性尺寸同时会增大损耗(损耗是与线性尺寸的三
次方成正比). b.增加磁负荷，受到磁路饱和的限制。 提高单机容量的主要措施就在于增加线负荷了。 1.电机的冷却方式
空气冷却：氢气冷却：液冷：蒸发冷却： 2.发电机的冷却系统
指发电机定子绕组、转子绕组、定子铁芯冷却， 冷却方式有：水－氢－氢，水－水－空
二.电机的定额 • 1．连续运行定额 • 2．短时运行定额 • 3．周期运行定额
第21章 电机的发热和冷却过程
21．3 电机的冷却方式简述
一.中小型的旋转电机冷却 • 1.自冷式。 • 2.自扇冷式。轴向通风系统和径向通风系统
第21章 电机的发热和冷却过程 • 3.他扇冷式。
第21章 电机的发热和冷却过程
和合成树脂作粘合剂或它们的组合物。 • H级绝缘——180℃，其材料主要采用云母、石棉、玻
璃纤维等物质，再用硅有机漆作为粘合物而制成
第21章 电机的发热和冷却过程
2.电机的温升限度 • 影响绝缘材料寿命的因素是温度而不是温升， • 表示电机发热及散热情况的是温升，而不是温度。
第21章 电机的发热和冷却过程