电机选择7章..docVIP

第七章???????????? 电动机的选择 7-1 电动机的发热与冷却 7-2电机的绝缘材料和允许温升 7-3电动机的工作方式 7-4电动机的负载功率计算 7-5电动机的容量选择 小结 摘要 ?? 各种电机在运行过程中都会产生损耗，这些损耗一方面降低了电机运行时的效率，另一方面损耗转变为热能，温度升高。电机温度与周围冷却介质温度之差，称为温升，它是电机的一项重要性能指标。 ?? 绝缘材料是电机中耐热性最差的部分。所以发热问题直接关系到电机的使用寿命和运行的可靠性。为了限制发热对电机的影响，使电机的温度不超过一定的数值，一方面要控制电机各部分的损耗，使发热量减少；另一方面要改善电机的冷却系统，提高其传热和散热能力，从而把电机内部的热量很快地传导和散发出去。 ?? 电机的温升不仅决定于负载的大小，还与负载的持续时间有关，即与电动机的工作方式有关。根据电机在运行于不同的机械负载和不同的工作方式，有其相应的负载功率计算方式，通过负载功率即可完成对电动机的选择。 7-1 电动机的发热与冷却(顶部) 电动机的热源来自电机内部，即电流流过定子绕组时产生的铜损耗，在铁芯内当磁通变化时所产生的铁损耗，轴承摩擦所产生的机械损耗及附加损耗。电机产生的热量，首先借传导作用传送到电机的外表面，然后借辐射和对流作用将热量从电机外表面散发到周围冷却介质中去。 一、??????????? 在电机中热量的传导 各种损耗形成不同的热源，损耗转化为热量后，将流过不同的材料，由电机外表面散发至外面。对于定子绕组产生的热量，首先穿过绝缘层传至铁芯，再由铁芯传至机壳。如同电流在导体中流过要遇到阻力一样，热量在电机内部的传导过程中也要遇到阻力，称为热阻。如同电阻反比于导电系数一样，热阻则反比于导热系数。不同材料的导热系数相差很大，一般金属的导热系数很大，绝缘材料的导热系数较小，空气的导热系数最小。因此要改善电机内部的热传导过程、增大导热系数主要采取下面两个措施： （1）采用耐压强度高、导热性能好的绝缘材料。在保证绝缘强度的情况下，尽量减薄绝缘层的厚度，以减少绝缘层的热阻。 （2）采用浸漆的方法来驱赶掉槽内的空气，即用漆来添满槽内的所有空隙。绕组浸漆不仅可以改善导热性能，同时也增强了绝缘性能。此外绕组浸漆以后成为一个牢固的整体， 机械性能也大为改善。 二、??????????? 电机的发热过程 电机中的各种损耗产生的热量，使电机的温度升高。电机温度升高以后，便借辐射和对流作用向周围空气散发热量。当所产生的热量与所散热的热量相等时，电机温度便不再上升而达到某一稳定数值。下面研究电机的温度升高随时间而变化的过程。电机中的温度升高过程是极为复杂的，在电机中有绕组、铁芯、轴承等好几个不同的热源，各热源之间一定存在有热交换，再加上每部分的散热条件又不相同，因此要精确计算电机中的温度分布情况是十分困难的。为了使问题简化，只讨论均质等温固体的发热过程。即认为物体表面各点的散热条件完全一样，体内各点的温度相同。 在发热过程中，物体所产生的热量可以分成两部分：其中一部分 储存在物体内部使物体温度升高 ，另一部分 则散发到周围空气中去。这样，物体的热平衡方程式为 ??????????????????? (9-1) 在式中， 表示物体每秒所产生的热量， 便是在时间 内所产生的总热量。 表示散热系数，即物体单位面积上当温差为 时每秒钟所散出的热量； 表示散热面积； 表示温升； 表示比热，即单位质量的物体每升高 所需要的热量； 表示物体的质量。 假设在时 ，温度 ，根据这一初始条件，从式（9-1）可得到发热过程的最后表达式为 ??? ??????????????????????????(9-2) 式中 ——是物体的最后温升。物体每秒钟产生的热量 越大，温升便越高。反之，物体的散热系数 及散热面积 越大，温升便越低。为了增大散热系数 ，一般电机中都装有风扇，以增强空气的对流作用。为增大散热面积 ，封闭式电机的外壳上都装有散热筋。 ——是温度升高曲线的时间常数，理论上讲，只有当 时，才能达到稳定温升。但实际上 时， ，此时可以认为已达到热稳定状态。 式（9-2）所表示的发热过程曲线如图9-1所示。开始发热时，电机所产生的热量全部用于提高本身的温度，所以温度上升得很快。随着电机温度的升高，电机与周围介质之间的温差逐渐增大，电机向外散发的热量也逐渐增多，这样，温度的升高也就逐渐缓慢下来，形成图9-2所示的温升曲线。 ?  ? 图9-1均质等温体的发热曲线????????????? 图9-2均质等温体的冷却曲线 三、??????????? 电机的冷却过程 如果温升达到稳定值后，电机停止运行，电机内部便不在产生热量，于是 。此时，由于电机内部热量逐渐散发到周围空气中