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牛頓散熱定律在電機溫升計算過程的運用

發布時間：2018-08-30 21:53:00 點擊：    

無錫伯頓起重電機2018年8月30日訊 溫升是電機的關鍵、重要的性能指標，在實際的設計和計算過程中，往往會出現設計值與試驗值的偏差問題，分析原因基本有兩種，一種是制造過程對設計的偏離導致實際數據與理論數據的差異性，另一種原因是設計計算過程的不合理性。

實際上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，具體見式（1）。

q=α（θ₁-θ₂）=αθ………………（1）

式（1）中：

q——熱流強度，單位：瓦/米²；

α——散熱系數，單位：瓦/米²﹒℃，即當表面與周圍介質的溫差為1℃時，在單位時間內由單位表面散發到周圍介質的熱量；

θ₁、θ₂——分別為固體和流體的溫度。

利用式（1），在α為已知的情況下，只要知道q，就可求出溫差θ，或者相反。這種計算方法之所以簡單，是因為采用了散熱系數。而把許多計算上的困難回避了。

但是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α也是很困難的。一般情況下，α值只能用實驗來確定，且所得的α值，只能用于條件相同或類似的情況，否則計算結果的可靠性或準確性將大大降低。

用空氣作為冷卻介質時，其物理性能比較穩定。若忽略散熱表面幾何尺寸等因素的影響，則可近似近地認為電機各部件的散熱系教僅與空氣的流速有關。根據實驗，當空氣流速在5~25米/秒的范圍內時，α與ν之間的關系可按式（2）表示。

α=α₀（1+k₀ν）………………（2）

或較準確地表示為式（3）：

式（2）和（3）中：

α₀——發熱表面在平靜空氣中的散熱系數；

ν——空氣吹拂表面的速度；

k₀、k——考慮氣流吹拂效率的系數。

發熱表面在平靜空氣中的散熱系數與表面的特征有關：涂以油灰和漆的生鐵或鋼的表面（如電機的機座和軸承外殼）α₀為14.2；未涂油灰但已涂漆膜的生鐵或鋼的表面，α₀為16.7；涂以無光漆或光漆的銅的表面，α₀為13.3。

如果速度v用米/秒表示，則電機旋轉時，轉子外表面的k₀=0.1，電機定子繞組端部的k₀=0.05~0.07。系數k可按以下規則選用：

較完善吹風的表面，k=1.3；

電樞端部的表面，k=1.0；

電樞有效長度有表面，k=0.8；

勵磁線圈表面，k=0.8；

換向器表面，k=0.6；

機座外表面（牽引電動機），k=0.5。

現實生活中，不少的電機廠家采用現成電機計算程序，而對于程度本身的內涵不是很清楚，Ms.參建議，我們有必要通過必要的手段，對程序的完善程度、合理程度進行分析，當然，沒有足夠的專業知識，該問題不太好解決，同樣，對于程度的設計者，應通過理論的推導與現實的驗證，使程序日趨完善。