異步電機(jī)溫升計(jì)算解析

［摘要］本章對(duì)實(shí)際應(yīng)用中異步電機(jī)溫升和計(jì)算進(jìn)行解析。

［關(guān)鍵詞］異步電機(jī)溫升；計(jì)算；解析

［作者簡(jiǎn)介］陳輝，江蘇省啟東市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所所長(zhǎng)助理，助理工程師，江蘇啟東，226200

［中圖分類號(hào)］ TM343 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1007-7723（2012）04-0050-0002 異步電機(jī)屬于面廣量大的產(chǎn)品，耗電量占全國(guó)用電量很大的比重，對(duì)工農(nóng)業(yè)、科技國(guó)防的進(jìn)步，能源的開放、利用及節(jié)約均起到至關(guān)重要的作用。為科學(xué)技術(shù)發(fā)展和自動(dòng)化程度的提高，對(duì)電機(jī)質(zhì)量、品種的要求越來(lái)越嚴(yán)格，本文就異步電機(jī)溫升和計(jì)算作如下解析：

一、將定子作為均勻發(fā)熱體時(shí)電機(jī)表面溫升θs的表達(dá)式

定子可以視為一均勻發(fā)熱的物體，當(dāng)發(fā)熱與散熱在某一溫度下達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，電機(jī)表面溫升θs可用下式表示：

θs=Q/αS（K）(1)

式中 Q——穩(wěn)態(tài)時(shí)單位時(shí)間定子所產(chǎn)生的熱量（W）；

α——定子表面的傳熱系數(shù)（W/（Kocm2））,見表1；

S——定子表面面積（cm2）。

式1表明：無(wú)外風(fēng)扇的電機(jī)的表面溫升與定子產(chǎn)生的熱量成正比；與散熱系數(shù)、散熱面積成反比。其中散熱系數(shù)α與電機(jī)表面狀況有關(guān)，電機(jī)在使用中若表面積有灰塵、污垢使α變小，從而使溫升增高。

二、計(jì)入定子本身散熱途徑中各部分溫度降之后的定子繞組溫升

空氣冷卻的電機(jī)的散熱主要由兩大途徑——固體之間及固體與氣體之間構(gòu)成。

（一）固體之間溫度降

固體之間溫度降粗略地可以看成由兩部分組成——絕緣層中（包括浸漬漆及漆膜）及鐵心中（機(jī)座與鐵心可視為一體）。

1． 絕緣層中的溫度降θi

θi=Qδi/Sλ(K)

式中Q——由繞組產(chǎn)生并經(jīng)絕緣傳出經(jīng)絕緣傳出的熱量（W）；

δi—— 絕緣層厚度（cm）；

S——絕緣部分散熱面積（cm2）；

λ——熱導(dǎo)率（W/（Kocm））,見表2：

將公式中的Q用相應(yīng)部分的定子銅耗Pcul(W)代入，即為該處絕緣層中的溫度降。如計(jì)算糟部：

θ■= P■δ■/Sλ（l/lc） （K）

若計(jì)算端部：

θ■= P■δ■/Sλ（lE/lc） （K）

l——鐵心長(zhǎng)（cm）；

l■——半匝線圈平均長(zhǎng)（cm）；

l■——半匝線圈端部平均長(zhǎng)（cm）。

計(jì)算時(shí)，若槽部θ■、S、λ與端部的不同，則代入θi公式時(shí)應(yīng)分別取值。

2.鐵心表面的平均溫升θ■

θ■=Q/αS=ΣP/αS=[（P■+0.5P■）+P■（l/lc）]/ αS

式中S——定子鐵心內(nèi)圓面積；

S=πK■l（cm■）

P■——鐵耗（W）；

P■——電機(jī)的雜散損耗（W）；

P■——定子銅耗（W）。

（二）繞組端部表面對(duì)空氣的溫升θ■=P■/α■S■（K）

式中P■——端部繞組銅耗，P■=+P■l■/ lc（W）；

α■——端部表面的散熱系數(shù)；

S■-、——端部繞組面積，S■= L■l■Zl（cm■）

L——為絕緣線圈斷面的外緣周長(zhǎng)（cm）。

（三）定子線組溫升θ■

θ■=θ■l+θ■l■/（l+l■）（K）

式中θ■——繞組有效部分溫升，θ■=θ■+θ■（K）

θ■——繞組端部溫升，θ■=θ■+θ■（K）

三、計(jì)入轉(zhuǎn)子輻射之后的定子繞組溫升

轉(zhuǎn)子對(duì)定的熱輻射對(duì)定子繞組的溫升θl有一定影響，尤其對(duì)冷卻方式為IC0141的封閉式電機(jī)，這已為實(shí)踐所驗(yàn)證。但目前國(guó)內(nèi)有關(guān)電機(jī)設(shè)計(jì)方面的書籍上，在計(jì)算θl時(shí)均未將轉(zhuǎn)子的熱輻射（用計(jì)入轉(zhuǎn)子銅耗P■來(lái)考慮）計(jì)入后，經(jīng)試驗(yàn)修正得出以下θ■的計(jì)算公式。

θ■=Kl PFe+Pcul+K2 Pcu2/αS（K）

S=πD■l■/2+πD■l（cm■）

式中α——用定子溫升實(shí)測(cè)值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)按上式反算后求得的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（W/（cm■oK））；

D■——定子鐵心外徑（cm）；

L——鐵心長(zhǎng)（計(jì)及通風(fēng)溝）（cm）；

K■、K■——經(jīng)熱路計(jì)算及試驗(yàn)獲得的修正系數(shù)，求法見文獻(xiàn)。

將三種損耗（其中P■為總鐵耗）均納入θ■的表達(dá)式之中是符合實(shí)際情況的。K1、K2是與電機(jī)結(jié)構(gòu)、工廠采取的制造工藝均有關(guān)的系數(shù)。當(dāng)將K1、K2及α在典型結(jié)構(gòu)上經(jīng)過(guò)修正確定下來(lái)之后，用該公式計(jì)算同類產(chǎn)品的其他規(guī)格時(shí)，算得的θl與試驗(yàn)值之間的誤差就很小。

四、對(duì)溫升的分析、估算

因目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)與試驗(yàn)結(jié)果比較吻合的溫升（指θl）計(jì)算化工，所以異步電機(jī)的設(shè)計(jì)人員基本上都是用分析、估算的辦法確定所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的溫升。

分析、估算的辦法是：將所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的電磁負(fù)荷及散熱面積與已有試驗(yàn)結(jié)果的同類產(chǎn)品相較。其中定轉(zhuǎn)子電密J1、J2，因溫升與它們的平方成正比，對(duì)θl影響較大。若所參照的產(chǎn)品的θl較高或較低，可用上述的平方關(guān)系調(diào)整所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的J1、J2。定、轉(zhuǎn)子線負(fù)荷A1、A2與θl成一次方的比例關(guān)系；Bδ則隨產(chǎn)品類型的不同有一定的選擇范圍，不宜大幅度地增、減。

除上述的規(guī)律外，在借助于分析、計(jì)算確定所設(shè)計(jì)的電機(jī)的方案時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.在系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，為保證“系列性”，個(gè)別規(guī)格的電磁負(fù)荷會(huì)選得較低或略偏高。

2.應(yīng)注意工藝上對(duì)θl有影響的因素，如浸漬方法，鐵心加工水平等。

3.注意電磁負(fù)荷分配的合理性。

4.注意散熱面積，在同一機(jī)座號(hào)的不同長(zhǎng)度電機(jī)中，若PN1> PN2，且采用IC0141的散熱方式，應(yīng)使l1/ l2略大于PN1> PN2，即散熱面積的增加幅度應(yīng)略大于功率的增加幅度，否則應(yīng)降低電磁負(fù)荷、熱負(fù)荷。

5.θl應(yīng)按企業(yè)的具體情況留有一定的裕度，對(duì)于新設(shè)計(jì)的待定型的產(chǎn)品，至少應(yīng)留有10K的裕度。