电机的发热和冷却
电机的冷却方式及其代号
电机的冷却方式及其代号
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
5
6
7
8
1
3
气。
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
7、比较常用的冷却方式有IC01、IC06、IC411
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
第二个“1。
电机温升
中小型电动机的温升——资料来自机械设计手册第三版并经整理发热与温升：电动机在运行过程中有能量损耗，可分为固定损耗和可变损耗。
固定损耗包括铁损和机械损耗，与负载大小无关，一般型电动机此项数值较小；可变损耗主要是铜损，是电机发热的主要热源，等于电流的平方乘以电阻。
损耗导致电机发热。
电机的温升：发热与散热达到平衡时电机温度与环境温度之差称为电动机的温升。
若以Q 代表单位时间内电动机的发热量；A代表电动机与环境温度相差1度时，单位时间内电动机的散热量，则温升稳定值∆T=Q/A达到温升稳定值所需的时间：理论上达到温升绝对稳定的时间是无限长的，实际上只能达到基本稳定。
所需要的时间与发热时间常数T有关。
若以C代表电机的热容量，即电动机温度升高1度所需的热量，则T=C/A （A的定义同上）T与电动机的构造和尺寸有关。
小型电动机（中心高80~315属于小型）一般为0.5小时左右，大型电动机（中心高大于630mm属于大型）一般为3~4小时。
电机的冷却时间常数为发热时间常数的2~3倍，采用强迫通风时，两者相等。
T并不就是温升的稳定时间。
温升按指数规律随时间的增加而逐渐趋于稳定值。
下表是根据公式计算出的温升与温升稳定值之比TB与时间的关系表列数据可以用来估计温升稳定值和大致达到温升稳定值所需的时间。
举例来说，如果某小型电动机的T=0.5小时，运行3xT=1.5小时的温升为35度，便可得到TB=0.95，则可以推算出温升稳定值为∆T=35/0.95=36.84度。
电机的绝缘等级与允许温升：电机的绝缘等级决定于所采用的材料的耐热等级。
若电机的主要部件采用不同耐热等级的绝缘材料，则其绝缘等级按绝缘材料的最低耐热等级考核。
一般用途的中小型电机常选用较低耐热等级的绝缘材料，如E级，B级；有特殊要求的如高温环境，频繁启动的电机，则采用较高耐热等级的绝缘材料，但有时为了提高电机的使用寿命与可靠性，往往也采用较高耐热等级的绝缘材料，但其温升按较低等级考核。
第08章 电机的发热与冷却
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
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。
电机冷却技术
电机冷却技术哈尔滨大电机研究所刘维维一、电机的发热发电机作为一种能量转换机构，在工作过程中不可避免地要伴随能量的损耗。
主要包括：（一）磁通变化时，在铁芯内部产生的损耗——铁心损耗；（二）电流流经定子绕组是产生的损耗——绕组损耗；（三）电机工作过程中轴承等部件摩擦产生的损耗——机械损耗及附加损耗。
这些损耗绝大部分都以热量的形式散失的电机内部使其温度升高，最终导致电机效率降低、运行的经济性变差，使用寿命缩短。
在电机工作过程中表征其内部损耗的一个重要指标就是电机的温升，如何减少电机损耗，改善冷却条件使热量散发出去，将电机温升控制在一定范围内是一项必须给予高度重视的任务。
为此，从事电机研究的工作人员对电机的冷却方式在进行着不断的改进，努力寻求更高效更合理的冷却技术。
二、电机的冷却方式从现有的电机冷却系统来看，电机的冷却方式主要有气冷（空气冷却、氢气冷却）、气液冷以及液冷（冷却介质主要包括水、油、氟利昂等）几种。
一般来说，空气冷却主要应用于中小型电机，广泛应用于各种型号的水轮发电机，从微型水轮发电机到诸如委内瑞拉的724.5MW的巨型水轮发电机均采用空气冷却技术。
在国内同样有许多空冷机组，如葛洲坝二江电站的170MW低水头电机。
30年代末以前，几乎所有的汽轮发电机都是采用空气冷却的，直至目前为止，空气冷却在汽轮发电机的冷却中仍占重要地位。
氢气冷却最早是由美国通用公司在汽轮发电机上引入使用的，并且随着技术水平的提高逐渐在大容量的汽轮发电机上得到应用，同时，也从早期的仅限于绕组表面氢气冷却发展为定子氢内冷——氢气流过定子铜线中的空芯钢管带走热量，从而达到冷却的目的。
目前，氢气冷却主要应用于500MW以下的汽轮发电机组。
气液冷主要是应用于气冷不能满足散热要求的场合，由于液体具有相对于气体更大的比热和导热系统这些特点，用液体（主要是水）来替代部分气体使得冷却效果大为提升。
普遍采用的气液冷为水气冷却——空心的定子绕组采用液体（水）冷却，转子采用空气冷却。
电机学知识点总结
电机学知识点总结电机，作为现代工业和日常生活中不可或缺的设备，其背后的电机学知识体系庞大而复杂。
下面我们来对电机学的重要知识点进行一番梳理。
首先，电机的分类是我们需要了解的基础。
电机主要分为直流电机和交流电机两大类。
直流电机结构相对简单，调速性能好，常用于对调速要求较高的场合，比如早期的电车和一些工业生产中的调速系统。
交流电机则又包括异步电机和同步电机。
异步电机结构简单、价格低廉、运行可靠，在工农业生产中应用广泛，像常见的风机、水泵大多采用异步电机驱动。
同步电机的转速与电源频率严格同步，具有功率因数可调等优点，常用于大型发电厂以及需要高精度转速控制的场合。
电机的工作原理是电机学的核心内容之一。
直流电机是依靠通电导体在磁场中受到电磁力的作用而转动。
其电磁转矩的大小与电枢电流和磁通成正比。
对于交流电机，异步电机是基于电磁感应原理工作的，定子绕组中通以三相交流电产生旋转磁场，转子绕组中的导体在旋转磁场的作用下产生感应电流，从而受到电磁力使转子转动。
同步电机则是通过转子磁场与定子旋转磁场的相互作用实现同步运行。
在电机的结构方面，无论是直流电机还是交流电机，都由定子和转子两大部分组成。
定子是电机的固定部分，主要包括定子铁芯、定子绕组等。
转子是电机的旋转部分，其结构形式则因电机类型的不同而有所差异。
例如，直流电机的转子有电枢铁芯、电枢绕组和换向器等；异步电机的转子有鼠笼式和绕线式两种，鼠笼式转子结构简单，绕线式转子则可以通过外接电阻来调节转速。
电机的参数也是非常重要的知识点。
比如，直流电机的主要参数有电枢电阻、电枢电感、励磁电阻和励磁电感等。
这些参数对于分析电机的性能和设计控制系统都有着至关重要的作用。
交流电机的参数则包括定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感以及互感等。
电机的运行特性是我们关注的重点之一。
直流电机的运行特性包括转速特性、转矩特性和效率特性等。
通过对这些特性的分析，可以了解电机在不同负载下的性能表现。
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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电机铭牌标注的额定功率是指海拔1000米以下，环境温度为40°C， 电机带额定负载长期运行，其温升不会超过最高容许温升。 二、电机的温升和温升限度 温升：电机某部分的温度和周围冷却介质的温度之差成为该部件的温升。用θ表示 国标规定40°C作为环境温度，且海拔在1000米以下 常用的测温法有三种 1、温度计法 2、电阻法 3、埋置检温计法
一、电机内热量的传导和散发 在电机个部件内部，热量主要通过传导方式传递，在部件表面，散热的方式 有两种，即对流和辐射。 电机中的热源主要是绕组和铁芯中的损耗，绕组和铁芯内部产生的热量先从 发热体内部由热传导作用传递到部件表面，然后通过对流和辐射作用散发到周围 冷却介质中。 电机表面的散热能力与散热表面面积，空气对表面的相对速度等因素有关。
壳上有散热筋 增大散热面积，电机机 提高散热性能的方法 度 增加冷却介质的流动速 降低冷却介质的温度
二、连续运行时电机的发热和冷却过程
电机在能量转换过程中有一定的能量损失，这些损失变为热量使电机的温度升高， 只要电机的温度高于周围介质的温度，就有热量散发到周围介质中去。如电机的损耗 不变，散热条件越好，散发出去的热量就越多，电机的温升就越低。 因此电机的温升不仅与电机的发热有关，而且与电机的散热有关。
Q A
t 实际上 t 4T时， 0.95，即认为的定额
温度，寿命在二十年以 上 不超过绝缘允许的最高 变脆，寿命短 发热 超过，绝缘材料老化、 严重，绝缘材料碳化、 变质，失去绝缘性能电 机烧坏
一、常用绝缘材料及容许温度 不同等级的绝缘材料其最高容许温度是不同的，按其耐热能力电机中 常用的绝缘材料可分为A，E，B，F，H五个等级 绝缘等 级 最高容 许温度 温升 A 105°C 65°C E 120°C 80°C B 130°C 90°C F 155°C 115°C H 180°C 140°C
t
cG 令： T A
Q A
T
) 0 e
t
T
：t 时物体的稳定温升 0：t 0时物体的起始温升 T：物体发热时间常数
如发热过程从周围介质温度开始，则 0 0
(1 e
t T
)
温升的上升速度虽时间的变化按指数规律衰减 当散热量和发热量相等时温升不再上升达到稳定值 理论上当 t
改善电机的散热条件，特别是通风冷却条件可降低电机温升，从而提高电机的容量 1、电机的发热过程 设Q为均质等温固体在单位时间内产生的热量
Q P P1 P2 cGd Adt
P : 电机产生的损耗
在dt 时间内电机发出的热量 有两个去向 Qdt 电机吸收的热量 向周围介质散发的热量
c：比热即物体温度升高 1度时每单位重量所需的 热量 G：物体重量 ：表面散热系数，即物 体的温升为 1度时，每秒钟内从单位 面积上 通过对流和辐射所散发 出的热量 A：物体散热表面积
热平衡方程式为： Qdt cGd Adt
cG d Q A dt A d 则： T dt 解得： (1 e 式中：