试论电机通风冷却系统的改进
2022-06-09
前言
任何设备运行中都会产生一定的损耗，电机亦不例外，损耗产生的热能被冷却系统带走，使其他部件温度升高，这就要求在设计过程中增强对冷却系统的考虑，提高对温度的控制能力，保证电机系统可以安全运行。随着电机容量的增加，材料的利用率也在不断的改进，电机通风系统的改进工作迫在眉睫，是当前电机发展的最主要问题之一。
1 当前电机通风系统的特点
从其计算公式来看，电机通风发热的计算涉及多个方面，包括流体力学、传热学、电机电磁理论、电机结构等诸多方面。电机的内热交换过程相对较为复杂，当前我国尚未研制出准确的计算温升的办法，而且相应的研究也不够深入，当前的测试准确度及效率都亟待提升。从当前的发展形势来看，对电机温升的估算多是以试制的同类型结构电机温升试验作为基础的，科学性及经济性不足，只有通过温升计算，对影响电机系统的因素进行深入分析，找到解决的对策。下面就来分析一下当前对通风发热的计算方法，探讨如何改进电机通风系统结构，改善内部通风情况，降低电机的温升情况。
2 改进电机系统通风的对策
从散热原理来看，电机散热要通过热传导、热辐射、热对流的方式实现，其中以热传导与热对流较为常见，也是应用最主要的方式。
2.1 热传导原理及应用
与欧姆定律类似，热传导的定律公式为：θ=P·R。其中，θ表示的是热压，也就是温升，P表示的热流，也就是我们说的损耗，R是热阻。从公式呈现出的结果来看，在电机损耗一定的前提下，θ与R成正比，热阻越小，温升就越低。所以，要想降低温升可以将其作为依据，以降低热阻R来达到降低温升θ的目的。例如：电子绕组铜会产生一定的热能损耗，通过绝缘来传递热能，其计算公式为：R=δ/λ·A，其中δ为绝缘厚度；λ则表示导热系数；A表示的是导热面积。其中λ是固定数值，如果已经决定采用的设计方案，则面积A也是固定不变的数值，那么要想达到降低热阻的目的，关键就是要通过改变绝缘系数来实现，这就要求相关人员增强对电机绝缘结构的管理，改进绝缘设施。
2.2 热对流及其应用
所谓的热对流就是通过流动的液体或者砌体冷却介质来完成传递热量的过程。该过程可以通过公示：P=αk·A·θ，其中P表示的热量，也就是损耗；αk表示的则是散热的系数；A表示的散热的面积；θ表示的是温升。通过对这一公式的转换，可以将其写成：θ=P/αk·A=P·R，可以计算出R=1/（αk·A），从这一公式可以看出，要想降低热阻R来达到冷却的目的，关键是要增加散热面积A或者是提高散热的系数αk。散热系数与风速间存在一定的相关性，用公式表示为：αk=α0（1+K√v）。其中α0时风速为零时的散热系数，给定的材料是一个常数，K表示的就是这个常数，；V表示的就是散热面积所接收到的风速。风速与散热系数是成正比的，要想使αk增加，就必须要使风速增加，这就要求做好电机通风系统的布置工作。
一般我们可以将电机的通风风阻、风雅、风量表示成：Q=√H/Z，对这一公式进行平方处理，其中Q为风量、H是风压、Z则为风阻。要想使Q提高，就只有减小风阻或者增加风压来实现，要想使风压H增加，从当前的技术手段来看，唯有加大风扇的叶片来实现。在产品设计过程中会受到诸多因素的影响，而已结构与性能的影响最大，要想增加风量降低风阻是最有效且最便捷的方式。影响风阻的因素很多，最主要的是加大通风面积实现降低风阻的目标，达到冷却的目的。
通过上文的公式阐述，我们看到热传导与热对流是实现风机冷却的较为便捷的方式，要想控制电机的温度在合理的范围内，就必须要加强对其影响因素的控制，可以通过增加通风面积，或者是降低电阻来实现，同时加大风量、流速与流量也是十分必要的。因此，在经济条件允许的情况下，适当的增加通风道的数量是最有效且最直接的方法之一，不仅使通风面积变大，同时风阻也有一定程度的降低，达到风量加大的目的，风速被提高，实现了散热的目标，进而使热阻降低，另外，也可以加大散热面积减小热阻，降低温度，保证系统的稳定运行。
3 温升试验数据与改进计算的对比
相关人员对上文的方法进行了试验，试验所采用的是YKK630-8少胶减薄绝缘结构电机进行的温升计算，从得到的数值来看，与试验值间的差距较小，效果令人满意，偏差基本控制在了3K之内。从得到的结论来看，如果其他的条件相同的前提下，也可以满足电机性能的要求，可以将原本的8个通风道改为13个通风道，然后进行温升计算，得到以下的结论：
表1
从上表的计算数据来看，电机通风道数的增加是降低电机温升的一个最有效的方法，通过上表的对比情况来看，如果无限制的增加风道数也会产生负面影响，因此要控制在合理的范围内，达到控制温度的目的即可。
从上文的计算结果来看，要想达到控制电机温度在合理的范围内，关键是要提高设计水平，而目前，改进通风系统的增加通风道数的产品正在被不断地的试验中，如果产品的试验得到验证，就可以实现降低成本的目的，改善电机通风系统的冷却水平。
4 结束语
从上文的分析及计算情况来看，我们对影响电机温升的因素有了较为全面的认识，因此，要想改进电机的通风系统水平，关键是要提高设计水平，降低温升，节约成本，提高电机单机的容量，同时要借鉴国外的现金技术来提高我国电机通风系统的设计水平，降低运行成本，促进电机运行水平的提高，推进我国电机通风系统设计水平的改善。
参考文献
[1]严芸.高速异步电机温升计算软件的开发[J].湖南工业职业技术学院学报，2006（3）.
[2]伍宇红，郭永红.带循环空气-水冷却器发电机通风冷却系统的设计及温升计算[J].防爆电机，2006（4）
[3]张宜倜.关于油浸式电力变压器热特性的计算原理式的探讨[J].变压器，2010（11）.
任何设备运行中都会产生一定的损耗，电机亦不例外，损耗产生的热能被冷却系统带走，使其他部件温度升高，这就要求在设计过程中增强对冷却系统的考虑，提高对温度的控制能力，保证电机系统可以安全运行。随着电机容量的增加，材料的利用率也在不断的改进，电机通风系统的改进工作迫在眉睫，是当前电机发展的最主要问题之一。
1 当前电机通风系统的特点
从其计算公式来看，电机通风发热的计算涉及多个方面，包括流体力学、传热学、电机电磁理论、电机结构等诸多方面。电机的内热交换过程相对较为复杂，当前我国尚未研制出准确的计算温升的办法，而且相应的研究也不够深入，当前的测试准确度及效率都亟待提升。从当前的发展形势来看，对电机温升的估算多是以试制的同类型结构电机温升试验作为基础的，科学性及经济性不足，只有通过温升计算，对影响电机系统的因素进行深入分析，找到解决的对策。下面就来分析一下当前对通风发热的计算方法，探讨如何改进电机通风系统结构，改善内部通风情况，降低电机的温升情况。
2 改进电机系统通风的对策
从散热原理来看，电机散热要通过热传导、热辐射、热对流的方式实现，其中以热传导与热对流较为常见，也是应用最主要的方式。
2.1 热传导原理及应用
与欧姆定律类似，热传导的定律公式为：θ=P·R。其中，θ表示的是热压，也就是温升，P表示的热流，也就是我们说的损耗，R是热阻。从公式呈现出的结果来看，在电机损耗一定的前提下，θ与R成正比，热阻越小，温升就越低。所以，要想降低温升可以将其作为依据，以降低热阻R来达到降低温升θ的目的。例如：电子绕组铜会产生一定的热能损耗，通过绝缘来传递热能，其计算公式为：R=δ/λ·A，其中δ为绝缘厚度；λ则表示导热系数；A表示的是导热面积。其中λ是固定数值，如果已经决定采用的设计方案，则面积A也是固定不变的数值，那么要想达到降低热阻的目的，关键就是要通过改变绝缘系数来实现，这就要求相关人员增强对电机绝缘结构的管理，改进绝缘设施。
2.2 热对流及其应用
所谓的热对流就是通过流动的液体或者砌体冷却介质来完成传递热量的过程。该过程可以通过公示：P=αk·A·θ，其中P表示的热量，也就是损耗；αk表示的则是散热的系数；A表示的散热的面积；θ表示的是温升。通过对这一公式的转换，可以将其写成：θ=P/αk·A=P·R，可以计算出R=1/（αk·A），从这一公式可以看出，要想降低热阻R来达到冷却的目的，关键是要增加散热面积A或者是提高散热的系数αk。散热系数与风速间存在一定的相关性，用公式表示为：αk=α0（1+K√v）。其中α0时风速为零时的散热系数，给定的材料是一个常数，K表示的就是这个常数，；V表示的就是散热面积所接收到的风速。风速与散热系数是成正比的，要想使αk增加，就必须要使风速增加，这就要求做好电机通风系统的布置工作。
一般我们可以将电机的通风风阻、风雅、风量表示成：Q=√H/Z，对这一公式进行平方处理，其中Q为风量、H是风压、Z则为风阻。要想使Q提高，就只有减小风阻或者增加风压来实现，要想使风压H增加，从当前的技术手段来看，唯有加大风扇的叶片来实现。在产品设计过程中会受到诸多因素的影响，而已结构与性能的影响最大，要想增加风量降低风阻是最有效且最便捷的方式。影响风阻的因素很多，最主要的是加大通风面积实现降低风阻的目标，达到冷却的目的。
通过上文的公式阐述，我们看到热传导与热对流是实现风机冷却的较为便捷的方式，要想控制电机的温度在合理的范围内，就必须要加强对其影响因素的控制，可以通过增加通风面积，或者是降低电阻来实现，同时加大风量、流速与流量也是十分必要的。因此，在经济条件允许的情况下，适当的增加通风道的数量是最有效且最直接的方法之一，不仅使通风面积变大，同时风阻也有一定程度的降低，达到风量加大的目的，风速被提高，实现了散热的目标，进而使热阻降低，另外，也可以加大散热面积减小热阻，降低温度，保证系统的稳定运行。
3 温升试验数据与改进计算的对比
相关人员对上文的方法进行了试验，试验所采用的是YKK630-8少胶减薄绝缘结构电机进行的温升计算，从得到的数值来看，与试验值间的差距较小，效果令人满意，偏差基本控制在了3K之内。从得到的结论来看，如果其他的条件相同的前提下，也可以满足电机性能的要求，可以将原本的8个通风道改为13个通风道，然后进行温升计算，得到以下的结论：
表1
从上表的计算数据来看，电机通风道数的增加是降低电机温升的一个最有效的方法，通过上表的对比情况来看，如果无限制的增加风道数也会产生负面影响，因此要控制在合理的范围内，达到控制温度的目的即可。
从上文的计算结果来看，要想达到控制电机温度在合理的范围内，关键是要提高设计水平，而目前，改进通风系统的增加通风道数的产品正在被不断地的试验中，如果产品的试验得到验证，就可以实现降低成本的目的，改善电机通风系统的冷却水平。
4 结束语
从上文的分析及计算情况来看，我们对影响电机温升的因素有了较为全面的认识，因此，要想改进电机的通风系统水平，关键是要提高设计水平，降低温升，节约成本，提高电机单机的容量，同时要借鉴国外的现金技术来提高我国电机通风系统的设计水平，降低运行成本，促进电机运行水平的提高，推进我国电机通风系统设计水平的改善。
参考文献
[1]严芸.高速异步电机温升计算软件的开发[J].湖南工业职业技术学院学报，2006（3）.
[2]伍宇红，郭永红.带循环空气-水冷却器发电机通风冷却系统的设计及温升计算[J].防爆电机，2006（4）
[3]张宜倜.关于油浸式电力变压器热特性的计算原理式的探讨[J].变压器，2010（11）.