溫升是電機(jī)的重要性能指標(biāo)，電機(jī)運(yùn)行時本身是一個發(fā)熱體，那電機(jī)是通過什么方式散熱而達(dá)到最終的平衡呢?一般情況下，熱量從發(fā)熱體表面散發(fā)到周圍介質(zhì)中去主要通過兩個方式；一種是輻射；另一種是借助于空氣或其他冷卻介質(zhì)的對流。在電機(jī)中，通常后者占主要地位。

輻射散熱

按輻射定律，每秒從每平方米發(fā)熱體表面輻射出去的熱量見式(1)：

q=5.7×10-8v(T4-T04)(瓦/米2)………………(1)

式(1)中：

T——發(fā)熱體表面的溫度(K)；

T0——為周圍介質(zhì)的溫度(K)；

5.7×10-8——從實(shí)驗得出的純黑物體的輻射常數(shù)；

V——因數(shù)，其值隨發(fā)熱體表面情況的不同而異，純黑物體為1，粗鑄鐵為0.97，毛面鍛鐵為0.95，磨光鍛鐵為0.29，毛面黃銅為0.2，磨光紫銅為0.17。

根據(jù)式(1)可以看出，由輻射散走的熱量，一方面決定于發(fā)熱體表面的特性，表面晦暗的物體的輻射能力大于表面有光澤的物體，另一方面決定于發(fā)熱體表面與其周圍介質(zhì)的溫度。

一般，在平靜的大氣中，由輻射散發(fā)的熱量約占總散熱量的40%。當(dāng)采用強(qiáng)制對流來冷卻電機(jī)時，由強(qiáng)制對流散走的熱量要比由輻射帶走的大得多，故輻射散熱常被略去不計。

對流散熱

從固體表面和流體直接接觸時的散熱情況可以發(fā)現(xiàn)。當(dāng)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。這種交換熱實(shí)際上是傳導(dǎo)和對流兩種作用，但總稱為對流換熱。在電機(jī)中，鐵心、繞組或其他發(fā)熱部件中產(chǎn)生的熱量便是由流過這些部件的某一或某些表面的冷卻流體(空氣、氫氣、水、油等)所帶走，：因此對流散熱形式在電機(jī)冷卻系統(tǒng)中廣泛存在。這種散熱形式的散熱能力，主要取決于流體在固體表面上的運(yùn)動狀態(tài)。

當(dāng)流體作層流運(yùn)動時，流體僅有平行于固體表面的流動。若將流體分成許多平行于固體表面的流動層，各層之間沒有流體的交換，這時在與固體表面垂直的方向，熱量的傳遞主要依靠傳導(dǎo)作用。

由于流體的導(dǎo)熱系數(shù)較小，所以層流時的固體表面的散熱情況很差。當(dāng)流體作紊流運(yùn)動時，流體各部分不再保持平行于固體表面的運(yùn)動，而以平均流速向各方向作無規(guī)則的旋渦，這時熱量的傳遞主要依靠對流作用。

由于對流傳熱時的熱阻比較小，因此流體作紊流運(yùn)動時的固體表面的散熱能力顯著提高。在紊流情況下，靠近固體表面仍舊存在著一個層流薄層，但如流體的流速越大，則這個層流層就越薄，表面散熱能力就越高。對流散熱時，表面散熱能力還與冷卻介質(zhì)的物理性能(如導(dǎo)熱系數(shù)，比熱、重度等)以及固體表面的幾何形狀、尺寸以及它處在流體中的位置等因素有關(guān)。

關(guān)于電機(jī)溫升

溫升是電機(jī)發(fā)熱部位與周圍環(huán)境溫度的差值，通常指定子鐵芯和繞組溫升。電機(jī)運(yùn)行時，鐵芯處在交變磁場中會產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，電流流過繞組產(chǎn)生銅損耗，還有風(fēng)摩耗、機(jī)械耗，以及定轉(zhuǎn)子開槽產(chǎn)生的氣磁場隙磁場脈振波和繞組固有的非工作諧波等引起的雜散損耗等，最終都會以發(fā)熱的形式體現(xiàn)，從而使電機(jī)溫度升高。

另，與發(fā)熱因素相對應(yīng)的，存在以下散熱因素：

●電機(jī)表面與周圍環(huán)境有溫差，存在熱傳遞和熱輻射。

●電機(jī)內(nèi)部發(fā)熱元件與內(nèi)部空氣間、電機(jī)內(nèi)部空氣與電機(jī)殼體間、電機(jī)殼體與吹過電機(jī)表面的風(fēng)之間均存在熱交換。

當(dāng)兩方面的因素，即發(fā)熱因素與散熱因素達(dá)到平衡狀態(tài)時，溫度不再上升而穩(wěn)定在一個水平上。若有外界因素擾動，如負(fù)載增大或突然短路等故障情況發(fā)生，平衡狀態(tài)將被破壞，電機(jī)溫度繼續(xù)上升，溫差也持續(xù)擴(kuò)大，直到新增散熱量與新增發(fā)熱量相等，在另一個較高的溫度下達(dá)到新的平衡，但這時的溫差即溫升已比以前增大了。

電機(jī)設(shè)計最重要的任務(wù)之一就是研究把握這種通風(fēng)散熱條件或因素與發(fā)熱量之間的定性或定量關(guān)系，確保電機(jī)實(shí)際溫升值在合理范圍內(nèi)波動。實(shí)際運(yùn)行中，如電機(jī)溫升突然增大，表征電機(jī)存在匝間短路等電氣故障或風(fēng)道阻塞、負(fù)荷突增等異常情況。

影響溫升變化的因素

對于正常運(yùn)行的電機(jī)，理論上在額定負(fù)荷下其溫升應(yīng)與環(huán)境溫度的高低無關(guān)，但實(shí)際上還是受環(huán)境溫度等因素影響的。

●當(dāng)氣溫下降時，正常電機(jī)的溫升略降。(銅的阻值與溫度的關(guān)聯(lián)關(guān)系)

●對自冷卻電機(jī)，環(huán)境溫度升高時，則溫升增加。

●空氣濕度增加時導(dǎo)熱效果改善，溫升可略降。

●海拔以1000m為標(biāo)準(zhǔn)，高海拔時因散熱效果相對較差溫升也會略有增加。

型式試驗時電機(jī)溫升合格不一定能保證電機(jī)運(yùn)行的安全性。溫升是溫度的差值，與電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境溫度直接相關(guān)，當(dāng)環(huán)境溫度較高時，電機(jī)運(yùn)行時的實(shí)際溫度也會隨之升高，這就涉及耐熱等級與實(shí)際工作溫度的匹配關(guān)系。

同時與相關(guān)零部件的最高耐熱溫度也直接相關(guān)，如軸承的工作溫度控制要求。如滾動軸承溫度應(yīng)不超過95℃，滑動軸承的溫度應(yīng)不超過80℃。因溫度太高會使油質(zhì)發(fā)生變化和破壞油膜，該問題的直接后果是因軸承失效導(dǎo)致電機(jī)軸承系統(tǒng)發(fā)熱，加劇電機(jī)繞組溫度急速上升的同時，出現(xiàn)電機(jī)停滯抱軸，瞬時導(dǎo)致電機(jī)燒毀。

一家電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)螺桿空壓機(jī)電機(jī)，型式試驗時電機(jī)溫升在70K左右，但電機(jī)配套空壓機(jī)投放市場后，繞組過熱燒毀、軸承散架等毀滅性電機(jī)故障不定期批量發(fā)生。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，這類故障電機(jī)的終端客戶都在高溫季節(jié)時的南方。

預(yù)期與實(shí)際總歸有偏差，諸多似乎不應(yīng)該有的電機(jī)故障其實(shí)也是件好事。第一，給電機(jī)設(shè)計者提供了絕佳的參照物，產(chǎn)品改進(jìn)有了較強(qiáng)的針對性。第二，警示電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)特別是北方企業(yè)，廠內(nèi)試驗驗證合格并不代表產(chǎn)品開發(fā)成功，必須充分論證電機(jī)試驗溫升與實(shí)際運(yùn)行工況之間的匹配關(guān)系。第三，試驗值與設(shè)計值吻合僅僅是必要條件，適用可靠和客戶的良好口碑才是最好的試金石。

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