第五讲_损耗与效率发热与冷却ppt课件

1、电机优化设计 第五讲损耗与效率 发热与冷却讲课人：封海潮2021年3月提 要损耗与效率损耗的根本类型；根本铁耗；空载时铁芯的附加损耗；电气损耗；负载时的附加损耗；机械损耗；效率。发热与冷却发热；冷却方式；电机中的温度分布；任务制。1 损耗与效率如何提高效率？损耗效率电磁负荷损耗 尺寸效率资料性能、绕组类型、电机构造等有关。损耗的根本类型根本损耗：主磁场在铁芯内变化而产生，根本铁耗；空载时附加损耗：由于定转子开槽带来的谐波磁场；电气损耗：主要是铜耗；负载时附加损耗：由于任务电流产生的漏磁场；机械损耗：风阻、轴承摩擦损耗等。不变损耗：根本损耗+空载时杂散损耗+机械损耗可变损耗：电气损耗+负载时杂散

2、损耗根本损耗根本铁耗磁滞损耗系数phh取决于资料性质的常数，资料越软，该值越小。涡流损耗系数pe、Fe 、Fe硅钢片电阻率、密度、厚度。单位分量铁磁物质的磁滞损耗和涡流损耗如何降低根本损耗？根本损耗根本铁耗损耗系数电机的根本铁耗计算简化公式其中的p10/50表示当B=1T，f=50Hz时的钢单位损耗系数。根本铁耗其中的ka表示阅历系数。根本损耗根本铁耗定子转子轭的根本铁耗齿中的根本铁耗空载时铁芯中的附加损耗空载杂散损耗铁芯开槽导致气隙磁导不均匀；空载励磁磁动势空间分布曲线中存在谐波。气隙中谐波磁场引起的铁芯外表损耗和齿中的脉振损耗凸面间距远大于谐波波长时如凸极同步电机：谐波磁通集中于极弧外表一

3、薄层内，在极面感应涡流，产生涡流损耗，也会在其中产生磁滞损耗，又称外表损耗；凸面间距比谐波波长小的多时如齿距t小于谐波波长，那么谐波将深化到齿部并经由轭部构成闭合回路，那么在齿中产生涡流及磁滞损耗，称为脉振损耗。空载杂散损耗：谐波波长、凸面间距有关空载时铁芯中的附加损耗杂散损耗磁极单位外表积的涡流损耗：直流电机及同步电机实心磁极的外表损耗涡流的频率总的外表损耗空载时铁芯中的附加损耗杂散损耗直流电机和同步电机叠片磁极：减少涡流叠片式磁极及感应电机中的外表损耗感应电机：定转子均开槽，在各自的外表产生外表损耗定子开槽齿谐波磁场在转子外表产生的外表损耗为：同样方法，可计算转子开槽齿谐波磁场在定子外表产

4、生的外表损耗。空载时铁芯中的附加损耗杂散损耗异步电机齿中的脉振损耗定转子相对位置的不同，导致进入各自齿中的磁通发生变化，从而在各自的齿中，产生磁滞和涡流损耗，即脉振损耗。定子齿中的脉振定子齿中的脉振的振幅：定子齿的脉振损耗转子齿的脉振损耗电气损耗绕组中的电气损耗铜耗对于多相绕组，那么总的电气损耗应为各相绕组的电气损耗的总和电刷接触损耗直流电机电刷与集电环或换向器间的接触压降与电刷种类有关，与电流大小无关，因此一个极性下的电刷接触损耗为：负载时的附加损耗负载杂散损耗构成缘由分析绕组漏磁场在绕组中以及在临近的金属构造件中感应涡流损耗；气隙谐波磁场运动过程中，在铁芯和笼型绕组中产生附加损耗。凸极同步

5、电机负载时的附加损耗额定电流情况下，附加损耗约等于短路实验时的附加损耗四部分。一、短路时由于漏磁场在定子绕组中引起的附加损耗漏磁场集肤效应二、短路时漏磁场在定子绕组端部附近金属部件中产生的附加损耗端部电流分布较复杂，由阅历公式计算：三、定子绕组磁势谐波在转子磁极外表引起的外表损耗凸极同步电机负载时的附加损耗相带谐波磁势产生的外表损耗：齿谐波磁势产生的外表损耗：四、短路电流为额定值时磁场的3次谐波在定子齿中产生的附加损耗凸极同步电机负载时的附加损耗在凸极同步电机里，转子励磁磁势及电枢反响磁势的基波分量均会在气隙里产生3次谐波磁场由于气隙的不均匀。由3次谐波磁场在定子齿中产生的附加损耗的阅历计算公

6、式如下：主要的构成部分感应电机负载时的附加损耗定子绕组漏磁场在绕组里及绕组端部附近的金属部件中产生的附加损耗；由定子磁势谐波产生的磁场在笼型转子绕组中感应电流引起的附加损耗；定子磁势谐波产生的磁场在转子铁心外表引起的外表损耗；在没有槽绝缘的铸铝转子中，由导条间的横向电流产生的损耗。由于组成工程复杂，因此感应电机负载时的附加损耗通常不进展详细计算。普通是按电机额定功率的百分比来估算。 例如采用压力铸铝转子工艺的感应电机，其附加损耗约占输出功率的23%。降低感应电机负载时附加损耗的措施采用谐波含量少的定子绕组型式，例如采用双层短距分布绕组，或单双层绕组来替代单层绕组；采用定子与转子槽数的近槽配合；

7、采用斜槽。直流电机负载时的附加损耗直流电机负载时的附加损耗普通取功率的0.51%机械损耗机械损耗包括轴承损耗、电刷摩擦损耗、通风损耗等。轴承摩擦损耗通风损耗机械损耗轴承摩擦和通风损耗pfw在普通电机中，常把这两种损耗综合在一同计算。直流电机：对于电枢直径Da0.5m，轴上没有风扇的电机，可按以下数值计算：对于电枢直径Da0.5m，采用滑动轴承的电机，那么计算公式为：对于采用滚动轴承且轴上装有风扇的中小型直流电机，损耗可按阅历曲线来确定。机械损耗轴承摩擦和通风损耗pfw异步电机：对于径向通风的大型电机， 可按以下数值方程计算：对于中小型电机，可按下式计算：机械损耗轴承摩擦和通风损耗pfw凸极同步

8、电机：电刷与换向器或集电环间的摩擦损耗效率电动机的效率可用下式计算：发电机额定负载时效率可用下式计算：2 发热与冷却温升的产生温升：电机部件的温度与周围介质温度之差；电机运转产生损耗变为热能电机各部分温度升高。电机的初始温升。电机的稳定温升。电机的发热和冷却时间常数。 温升随时间的变化关系t0分三个阶段：起始阶段、中间阶段、稳定阶段。2 发热与冷却我国的电机温升限制额定运转时最高温升温升首先损伤绕组绝缘，加速绝缘老化；提高效率、减少损耗，强迫冷却可大大降低温升。 对电机而言，其温升极限根本上取决于绝缘资料所允许的最高温度及冷却介质的温度。耐热分级AEBFH极限温度/10512013015518

9、0冷却介质温度/4040404040温升限度/607580100125冷却介质温度即为大气温度，我国取值为400C测试方法：温度计法、电阻法、埋置检温计法，应思索海拔的影响。2 发热与冷却冷却方式风扇强迫空气流动的冷却方式；氢气为冷却介质的冷却方式：同样尺寸的电机采用氢冷后，可提高容量2025% ，且效率也能提高；内冷方式，即不经过绝缘资料，使导体产生的热量直接传给冷却介质氢冷、水冷系统。2 发热与冷却空气冷却系统优点：构造简单、本钱低；缺陷：效果差，高速电机中引起的摩擦损耗大。开路冷却或闭路冷却开路式：外部空气进入电机回到周围环境中去闭路式：电机内部空气在电机内部循环冷却介质产生的热量经过构

10、造件如机壳传送给第二介质水。2 发热与冷却空气冷却系统径向、轴向和混合式通风系统按电机内部冷却空气的流动方向，分为径向、轴向与混合三种：径向通风系统便于利用转子上可以产生风压的部件，如风道片、铸铝散热片等的鼓风作用，产生散热效果而得到广泛运用。轴向通风系统经过轴流式风扇的作用，使空气沿着轴向从一端流入进入电机，另一端流出。 混合式通风系统兼有轴向与径向两种通道。nn离心式风扇轴流式风扇2 发热与冷却空气冷却系统抽出式和鼓入式抽出式：冷空气先和电机的发热部件接触变为热空气由风扇送出；鼓入式：冷空气由风扇鼓入再与电机发热部件接触变为热空气关出。外冷与内冷外冷即所谓外表冷却方式；内冷即从发热件内部直

11、接冷却的方式，如水轮发电机的励磁绕组可采用空气内冷。内冷效果虽好，但系统构造复杂。电机中的温度分布温升的计算主要是计算绕组和铁心的温升。由于它们既是热源，又是导热介质。温度在空间总是按一定规律呈曲线分布，因此有最高温升与平均温升之别。但在计算是从整体来处置，通常只计算发热部件的平均温升。采用对称径向通风系统的电机中定子绕组沿轴向的温度分布铁芯有径向通风道，径向风量大体一样；热量一部分由风道散到空气中，另一部分由端部散到空气中。x02 发热与冷却采用轴向通风系统或混合式通风系统最高温度位置向热风逸出电机的出口方向挪动。x0外表冷却的封锁式交流电机中定子绕组温度沿轴向分布损耗经过铁心、机座散出去，

12、而端部的散热条件较差，端部损耗热量主要部分经过铁心散出去。构成中间低两端高的温度分布电机中的温度分布2 发热与冷却x0硅钢片叠片组的径向热导率要远大于轴向热导率，可以近似地以为在铁心中沿着径向的温度分布是均匀的，而沿着轴向分布是不均匀的。假设两侧径向通风量不同，那么沿轴向的温度分布也不对称。0 x铁心叠片组中的温度分布电机中的温度分布2 发热与冷却延续任务制S1OtP wPL运用通风机、水泵、纺织机、造纸机等。 电机的任务制2 发热与冷却短时任务制S2 规范运转时间：15、30、60、90 min。 运用水闸启闭机、冶金用的电动机、起重机中的电动机。 OtP sMPLtgtg断续周期任务制(S3)任务时间与停车时间轮番交替。OtP PLtg t0mm 假设改动任务时间与停车时间的比率，将会影响允许温升,是衡量电机运转性能的重要目的。电机的任务制2 发热与冷却 负载继续率暂载率 ZC %= 100% tgtgt0假设周期和负载功率不变，ZC%越大，温升越大；或者同一台电机，ZC%越小，任务时允许的负载功率越大。规范负载继续率ZC% ：15%, 25%, 40%, 60% 周期：tgt0 10 min 运用：起重机、电梯、轧钢辅助机械中的电动机。 断续周期任务制(