第七章發(fā)熱計算演示文稿

第七章發(fā)熱計算演示文稿當前1頁，總共39頁。優(yōu)選第七章發(fā)熱計算ppt當前2頁，總共39頁?！?-1電機允許的溫升限度一、概述1、溫升：電機運行時要產(chǎn)生損耗，這些損耗都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使電機各部分的溫度升高。電機某部件的溫度與周圍介質(zhì)溫度之差叫該部件的溫升。2、溫升隨時間如何變化？對均質(zhì)物體發(fā)熱，其溫升隨時間的變化是指數(shù)曲線關(guān)系。：起始時物體的溫度與周圍介質(zhì)相同，物體產(chǎn)生的全部損耗都將用以提高物體的溫度，因此起始時溫度上升很快。：物體達到最終穩(wěn)定溫升，熱量全部散發(fā)到周圍介質(zhì)中去當前3頁，總共39頁。3、 溫升限制：溫升受到電機材料限制不能超過一定數(shù)值，必須設(shè)法降低溫升，減少損耗，提高電機散熱能力。4、 溫升計算目的：核算電機中幾個發(fā)熱部件在額定運行時溫升是否超過允許的極限值。二、 我國電機溫升限度1、 溫升限度：電機在額定狀態(tài)下長期運行而其溫度達到穩(wěn)定時，電機各部件溫升的允許極限稱為溫升限度。溫升限度在國家標準“電機基本技術(shù)要求”中已作出規(guī)定如表7-1示。當前4頁，總共39頁。2、溫升限度取決于：（一）電機繞組絕緣結(jié)構(gòu)所采用的材料耐熱一般分級：AEBFH極限溫度：105120130155180（二）絕緣結(jié)構(gòu)在規(guī)定的極限溫度下工作，能夠獲得經(jīng)濟的使用壽命。（三）冷卻介質(zhì)的溫度溫度隨所用的冷卻系統(tǒng)和冷卻介質(zhì)不同而有所不同。我國規(guī)定40℃作為冷卻介質(zhì)的溫度，表7-1的溫升限值就是按此規(guī)定的。當前5頁，總共39頁。（四）測量溫度的方法不同會造成測得的溫度與被測部件中最熱點溫度之間的差別也不同；而被測部件中最熱點的溫度才是判斷電機是否能長期安全運行的關(guān)鍵。如E級絕緣定子繞組，電阻法測量溫升限度為75℃120℃-40℃（冷卻介質(zhì)）-5℃（平均溫度與最高溫度差值）=75℃∴平均溫度和最高溫度差值：A、E：5℃B：10℃H：15℃當前6頁，總共39頁。（五）海拔溫升限度是對海拔不超過1000米，最高環(huán)境溫度為40℃地區(qū)規(guī)定的。如高于1000米小于4000米，海拔增加100米，溫升為表7-1中規(guī)定的溫升減去它的1%（海拔高空氣稀薄，散熱條件差）（六）其它因素對電機溫升的影響①提高電機繞組的溫度一般意味著電機損耗的增大和效率的下降，受經(jīng)濟限制。②繞組溫度的提高，可能引起軸承潤滑系統(tǒng)工作的困難。③繞組溫度提高，會引起換向的困難。④繞組溫度的提高，引起某些相關(guān)零部件材料中的熱應(yīng)力的增大。⑤其他因素，如對絕緣的介電性能、導體金屬材料的機械強度等，都會帶來不利影響。當前7頁，總共39頁。小結(jié)：（1） 溫升（2） 溫升的變化（3） 溫升計算目的（4） 溫升的限度：什么叫溫升限度溫升限度取決于什么當前8頁，總共39頁?！?-2傳熱的基本定律一、 概述熱量——由發(fā)熱體內(nèi)部借傳導作用傳到發(fā)熱體表面——從發(fā)熱體表面通過幅射和借助于空氣和其它冷卻介質(zhì)的對流散發(fā)到周圍介質(zhì)。從討論熱傳導方式（傳導、對流、幅射）的基本規(guī)律，對發(fā)熱體某些近似的溫升計算方法。當前9頁，總共39頁。二、熱傳導定律1、等溫面：熱傳導只發(fā)生在空間中溫度有高低差異的溫度場中，把具有相同溫度的點聯(lián)接起來便得到等溫面（線）。2、熱流密度：單位時間內(nèi)通過單位等溫面的熱量當前10頁，總共39頁。3、熱傳導定律：熱流強度與各點在等溫面的法線方向上的間空間溫度變化率或即各點的溫度梯度成正比。“—”表示溫度梯度的正方向為溫度上升的方向，而熱量的傳播方向總是從高溫到低溫的為溫度下降的方向。當熱流只有一個方向，并把其取為x軸時當前11頁，總共39頁。4、熱阻①

兩邊積分：假定為如圖的單方向平面熱傳導，且當時，，則有當前12頁，總共39頁。從上式可見平面熱傳導傳導溫度分布是一條直線。溫差為：其中：稱為熱阻對比：熱路電路當前13頁，總共39頁。②熱阻的串并聯(lián)（與電路一樣）串聯(lián)時的合成熱阻：并聯(lián)時的合成熱阻：當前14頁，總共39頁。三、熱傳導方程（溫度場的場問題分析）1、熱傳導方程建立溫度場和熱源之間的關(guān)系式叫熱傳導方程式。簡單的溫度場問題可以近似用路來代替的方法進行近似的計算，可是有些復雜的溫度場問題如計算繞組導體或鐵心沿軸向的溫度分布時，就必須用熱傳導方程來求解。2、 熱傳導方程的推導根據(jù)能量守恒原理→熱傳導的微分方程→邊界條件（時間的起始條件）→定解當前15頁，總共39頁。3、熱傳導方程的應(yīng)用一根載流銅棒長為l，截面積為S，通過銅棒的電流為I。假定銅棒外面的絕緣較厚，通過絕緣散出去的熱量忽略不計。銅棒兩端的的維持為溫度和平均溫度。不變，求銅棒中的穩(wěn)定最高四、對流和輻射散熱一般情況下熱量從發(fā)熱體散發(fā)到周圍介質(zhì)中去的主要是通過兩個方式：對流和輻射當前16頁，總共39頁。（一）輻射散熱1、輻射定律：每秒從每平方米發(fā)熱體表面輻射出去的熱量為2、輻射所帶走的熱量與哪些因素有關(guān)①決定于發(fā)熱表面的特性，值，晦暗的物體的輻射能力大于表面有光澤的物體。②決定于發(fā)熱體表面與周圍介質(zhì)的溫度。當前17頁，總共39頁。（二）對流散熱1、對流散熱：當固體表面的溫度與流體的溫度不相等時，它們之間產(chǎn)生熱交換，熱量將由高溫物體傳向低溫物體，這種交換實際上是傳導和對流兩種作用，總稱為對流換熱。如電機、鐵心繞組或其它部件的散熱方式就是這種。當前18頁，總共39頁。2、對流散熱能力與哪些因素有關(guān)①與固體表面的流動狀態(tài)有關(guān)固體表面的流動是層流的話：流體僅與固體表面平行，流體僅與固體表面進行流動層；各層之間有流體交換，這時與固體表面垂直方向的熱量主要靠傳導作用，但流體的導熱系數(shù)差，所以層流表面散熱情況很差。流體作紊流：流體中大部分質(zhì)點不再保持平行于壁的運動，熱量傳遞主要依靠對流的作用，對流傳熱時熱阻較小，所以紊流時散熱能力大大提高。②與冷卻介質(zhì)的物理性能有關(guān)③固體表面的幾何形狀尺寸及在流體中的位置有關(guān)當前19頁，總共39頁。五、牛頓散熱定律和散熱系數(shù)實際計算由對流作用帶走的熱量時，為了方便都采用牛頓散熱定律。1、牛頓散熱定律當前20頁，總共39頁。2、散熱系數(shù)的確定決定表面散熱能力的因素很多，很復雜，要十分精確地確定散熱系數(shù)近似決定。是很困難的，可通過實驗由下式空氣流速：或式中：——發(fā)熱表面在平靜空氣中的散熱系數(shù)；——空氣吹拂表面的速度；——考慮氣流吹拂效率的系數(shù)。當前21頁，總共39頁。所以牛頓定律可寫成：稱為散熱表面到流體的熱阻，為散熱系數(shù)傳導熱阻當前22頁，總共39頁。3、等效熱路圖引入熱阻把溫度場——路計算如從電機繞組端部傳給冷卻空氣時要經(jīng)過兩個熱阻，即端部絕緣中的傳導熱阻和繞組表面散熱熱阻，總熱阻當前23頁，總共39頁?！?-3電機穩(wěn)定溫升的計算一、 電機中的溫度分布在電機的溫升計算中，主要是計算繞組和鐵心的溫升。這些部件既是導熱介質(zhì)，其中又有分布熱源，它們的溫度一般來在空間上總是按一定規(guī)律呈曲線分布，出現(xiàn)了最高溫升和平均溫升之分。平均溫升與最高溫升之間是有一定的規(guī)律性聯(lián)系的，因而也可用平均溫升來衡量電機的發(fā)熱情況。當前24頁，總共39頁。（一）采用對稱徑向通風系統(tǒng)的電機中定子繞組沿軸向的溫度分布由于兩端散熱對繞組的冷卻顯著，溫度低；中間部分冷卻差，溫度高當前25頁，總共39頁。（二）采用軸向通風系統(tǒng)或混合式通風系統(tǒng)電機中定子繞組沿軸向的溫度分布繞組熱量→鐵心→徑向通風溝→空氣端部→空氣繞組鐵心表面→軸向通風道→空氣當前26頁，總共39頁。（三）表面冷卻的封閉式（交流）電機中定子繞組溫度沿軸向的分布繞組熱量→鐵心→機座→空氣端部散熱能力差（四）勵磁繞組中的溫度分布勵磁繞組→銅損耗→熱量→沿著厚度方向傳導表面→散熱→空氣當前27頁，總共39頁。（五）鐵心疊片組中的溫度分布二、用熱路法計算電機的平均溫升1、假設(shè)：繞組銅和鐵的熱導率為無窮大，即銅和鐵是等溫體，且它們的的等于平均溫度。當前28頁，總共39頁。2、 繞組和鐵心平均溫升的計算①采用熱路法計算在上面假設(shè)的前提下，外冷式電機中的溫度降將集中在繞組絕緣和有關(guān)散熱表面處作為冷卻介質(zhì)的流體層中。因為絕緣和冷卻介質(zhì)本身都沒有熱源，因此可以用熱路法進行計算。②目的：計算絕緣內(nèi)溫度降、計算散熱表面處冷卻介質(zhì)溫度降，以計算繞組和鐵心的平均溫升。③二源熱路法：定轉(zhuǎn)子積各自組成獨立的二個熱源熱路當前29頁，總共39頁。以采用空氣冷卻徑向通風系統(tǒng)的交流電機定子為例來說明。1）熱路：熱阻：當前30頁，總共39頁。熱源：定子繞組中銅耗產(chǎn)生的熱量；鐵心損耗所產(chǎn)生的熱量。2）熱路圖當前31頁，總共39頁。3）列方程→銅的溫升、鐵的溫升節(jié)點a:流進節(jié)點熱量=流出節(jié)點的熱量流入節(jié)點的熱量=流出節(jié)點熱量：節(jié)點b:流入節(jié)點的熱量=流出節(jié)點的熱量：當前32頁，總共39頁。列方程：解方程：當前33頁，總共39頁。4）熱阻的計算a、定子繞組銅和鐵心之間的絕緣熱阻當前34頁，總共39頁。b、繞組端部銅和空氣之間熱阻當前35頁，總共39頁。繞組端部的散熱面積或?qū)崦娣e不易確切計算，一般認為端部絕緣的導熱面積和端部的表面散熱面積相同，因此上二式中面積都用計算。在通風情況良好時，可取c、徑向通風道中繞組部分和空氣之間的熱阻的計算當前36頁，總共39頁。d、鐵心徑向通風道內(nèi)外圓表面對空氣的表面散熱熱阻計算④三源熱路法在表面