第六章 电机的冷却 ppt课件

Re d
v
实验结果表明，流体运动时，当Re<2300时为层流，当 Re>2300时为紊流，但Re达到2300以前，即已开始有 部分紊流存在
在同样条件下，粘滞性小，密度大的流体比较容易产生紊流。
（六）流体的压力－静压力和动压力 静压力反映出流体受压缩的程度。静压力也可看作是单 位体积内被压缩流体所储存的位能。 动压力则表示运动着的流体，其单位体积中所包含 的动能。动压力可表示为：
第六章 电机的冷却
§6-1 电负荷，以提高材料的利用 率，电机的单机容量也是益增大，因此必须改进电机的冷 却系统，以提高其散热能力。
一、 冷却方式概述
冷却方式按冷却介质分：
① 空气冷却（开路或闭路；径向、轴向或混合式；吸入 式或压入式；外冷式或内冷式）
② 油冷却 ③ 氢冷却 ④ 水冷却
式中 gh 是对应于重力的位能，p为流体内部包含的压
力能(也是一种位能) 。
1 2 是流体的动能。
2
g 式（６－6）除以
得
p 12
h h
g 2
g
C1
（６－7）
式(6-6)中的各项所代表的是流体单位体积内所包含的能量， 写成以压力表示的形式，而式(6-7)中的各项所代表的是流体 单位重量内所包含的能量，但写成以所谓压头的形式。
流体是由相互间联系比较松弛的分子所组成，分子之间没 有像刚体所具有的那种刚性联系，因此研究流体的运动比研究刚 体的运动要复杂得多。
我们在研究流体运动时， —般都采用欧拉提出的连续性， 即流体是一种连续介质的假设，认为流体的分子之间没有空隙。 （二）流体的压缩性
根据流体在压力的作用下其体积改变的程度不同，流体可分为 可压缩的和不可压缩的两种。例如当压力从1个大气压增至100个 大气压时，水的体积只改变0.5％，而空气的体积 却几乎只有原来的1％。因此相对来说，空气是可压缩的流体， 而水是不可压缩的流体。但是在用空气作为冷却介质的电机中， 空气的流速不大，压力的变化也不大，体积的变化约为5％，在 这种条件下，也可把空气当作不可压缩的流体来处埋。
（三）抽出式和鼓入式
1、抽出式：冷空气首先和电机的发热部分接触再通过风扇， 可采用直径较大的风扇；
特点：冷却能力较高，将使换向器上所形成的灰尘带入电机 中。
2、鼓入式：冷空气首先通过风扇，被风扇的损耗加热后再和 电机的发热部分接触
特点：冷却能力较低，但它能避免电刷与换向器磨损耗的灰 尘进入电机。
（四）外冷与内冷 1、外冷：空气冷却系统一般采用外冷。冷却介质空气吹 拂过电机线圈绝缘和铁心表面，所以 又叫表面冷却方式。 2、内冷：冷却介质（空气、水、氢）直接冷却发热体的 内部表面。冷却效果好，但冷却系统复杂，对冷却介质要 求十分干净。因此很少采用空气作为冷却介质。
(三)流体的粘滞性 所有的流体都不可避免具合一定的粘滞性，它表现为一种
抗拒流体流动的内部摩擦力或粘滞阻力；流体的层与层间的 这种摩擦力的大小，根据大量试验表明，正比于流体层滑动 时的速度梯度，即
d
dn
(四)理想流体和真实流体 真实流体都是可压缩的，而且是有粘滞性的。既不考
虑其可压缩性，也不考虑其粘滞性 的流体．称为理想流 件。 在研究流体运动时，往往先从理想流体出发得出运动的 一般规律， 然后按真实流体的情况加以补充和修正。
§6-2 关于流体运动的基本知识
一、概述
电机在运行过程中所产生的热量，除轴承中的热量系由轴 承的外表面自然导散或由通入
轴承中的循环润滑油导散外，其他损耗全部依靠流体(空气、 氢气或水等)带走。所需冷却介质的总体积流量可按能量守 恒关系，由下式计算：
qV

ph
ca a
二、流体运动中常用名词介绍 (—) 流体的概念
pg


2
2
静压力与动压力之和称为全压力，亦即单位体积的流体 中所包含的总机械能。
三、理想流体的运动方程(伯努利方程) 流体力学理论中，证明了理想流体的稳态运动方程为
gh p 1 2 C
2
（６－6）
这方程称为伯努利方程，它表示理想流体在稳态运动过
程中，单位体积内所包含的总能量保持不变。
② 缺点：通风强，风压损失小，材料省；但沿轴向方向 上冷却不均匀，且不便于利用转子上部件的鼓风作用
3、混合通风系统：兼有轴向和径向两种通道，但往往是 偏重一种
① 直流电机：以轴向为主的混合式系统
② 汽轮发电机：以径向为主的混合式系统
特点：将气流分为多股，使冷却空气尽可能与电机的所 有发热部分相接触，电机各部分得到均匀地冷却。
（二）径向、轴向和混合式通风系统
按电机内冷却空气流动的方向分
径向通风系统 轴向通风系统 混合通风系统
1、径向通风系统：通风的冷却介质沿径向流动
① 优点：利用转子上能够产生风压的零部件（如风道片， 磁极等）的鼓风作用，应用较广
② 缺点：通风能力较差
2、轴向通风系统：通风的冷却介质沿轴向流动 ① 优点：便于安装直径较大的风扇，以加大通风量
水冷却
二、空气冷却系统
优点：电机结构简单、成本较低
缺点：冷却效果差、高速电机引起风摩损耗较大
类型：
（一）开路冷却（或自由循环）或闭路冷却（或封闭循环）
1、开路冷却：其冷却空气由电机周围抽取，通过电机后再回到 周围环境中去。
2、闭路冷却：其初级冷却介质（如空气）通过电机，沿着闭合 线路进行循环，初级冷却介质 中的热量经结构或冷却器传递 给第二冷却介质（如水）。
(五)层流及紊流 流体在管道内运动的状态可分为层流及紊流两种。 作层流运动时，流体仅有平行于管道表面的流动。若将流 体分为许多平行于管道壁的薄层，则各层作平行运动，它 们之间没有流体的交换。 作紊流运动时，流体中的大部分质点不再保持平行于壁的 运动，而以平均流速向各方向作无规则扰动。
通常用一个无量纲的量雷诺数来判断流体流动的状况：
压头的量纲是长度，它的单位是米，压头与压力之间的关系 可以这样来理解：即某一流体所具有的压力，可用产生同样 压力的流体柱的高度来表示。
在式(6-7)中， h为高程，
h 为全压头。
p
g
为静压头， 1 2 为动压头，
2g
在电机冷却系统中流体在运动过程中其高度位置变化不大， 即式(6-7)中与重力相应的位能或高程h可以略去不计，或 该式可简化为