谈电机的热交换和热稳定原理
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温升是电机的重要性能指标，电机运行时本身是一个发热体，那电机是通过什么方式散热而达到最终的平衡呢?一般情况下，热量从发热体表面散发到周围介质中去主要通过两个方式；一种是辐射；另一种是借助于空气或其他冷却介质的对流。在电机中，通常后者占主要地位。 辐射散热 按辐射定律，每秒从每平方米发热体表面辐射出去的热量见式(1)： q=5.7×10-8v(T4-T04)(瓦/米2)………………(1) 式(1)中： T——发热体表面的温度(K)； T0——为周围介质的温度(K)； 5.7×10-8——从实验得出的纯黑物体的辐射常数； V——因数，其值随发热体表面情况的不同而异，纯黑物体为1，粗铸铁为0.97，毛面锻铁为0.95，磨光锻铁为0.29，毛面黄铜为0.2，磨光紫铜为0.17。 根据式(1)可以看出，由辐射散走的热量，一方面决定于发热体表面的特性，表面晦暗的物体的辐射能力大于表面有光泽的物体，另一方面决定于发热体表面与其周围介质的温度。 一般，在平静的大气中，由辐射散发的热量约占总散热量的40%。当采用强制对流来冷却电机时，由强制对流散走的热量要比由辐射带走的大得多，故辐射散热常被略去不计。 对流散热 从固体表面和流体直接接触时的散热情况可以发现。当固体表面的温度与流体的温度不相等时，它们之间产生热交换，热量将由高温物体传向低温物体。这种交换热实际上是传导和对流两种作用，但总称为对流换热。在电机中，铁心、绕组或其他发热部件中产生的热量便是由流过这些部件的某一或某些表面的冷却流体(空气、氢气、水、油等)所带走，：因此对流散热形式在电机冷却系统中广泛存在。这种散热形式的散热能力，主要取决于流体在固体表面上的运动状态。 当流体作层流运动时，流体仅有平行于固体表面的流动。若将流体分成许多平行于固体表面的流动层，各层之间没有流体的交换，这时在与固体表面垂直的方向，热量的传递主要依靠传导作用。 由于流体的导热系数较小，所以层流时的固体表面的散热情况很差。当流体作紊流运动时，流体各部分不再保持平行于固体表面的运动，而以平均流速向各方向作无规则的旋涡，这时热量的传递主要依靠对流作用。 由于对流传热时的热阻比较小，因此流体作紊流运动时的固体表面的散热能力显著提高。在紊流情况下，靠近固体表面仍旧存在着一个层流薄层，但如流体的流速越大，则这个层流层就越薄，表面散热能力就越高。对流散热时，表面散热能力还与冷却介质的物理性能(如导热系数，比热、重度等)以及固体表面的几何形状、尺寸以及它处在流体中的位置等因素有关。 |
