由典型的时机温升设计理论可知,铁心较长的时机其热负荷往往偏高,温升计算误差也较大,这两方面的原因致使电动机的温升处于不可靠状态。尽管采用提高电动机绝缘等级的方法进行弥补,但电动机使用寿命也将大打折扣。而水冷式结构的电动机具有较好的冷却效果,可弥补电动机温升设计误差及超负荷运行带来的缺点。 (4)水冷式电动机无风扇、风罩等零件,因此不会产生风摩损耗和噪声,并且冷却水箱还具有吸振减振效果,这些又形成了电动机效率较高、噪声低、振动小的优点。 从以上分析可以看出水冷却系统在煤矿井下用电动机上的重要作用,因此对其系统和结构的设计研究必要。目前国内许多电机厂家都积累了各自在此方面的宝贵经验,亟待进行理论性的整理和提高。本文试对此问题展开初步探讨。 1 水冷式电动机的温度场分析与热平衡计算 1.1 温度场分析 水冷式电动机的温度场同风冷式电动机基本相似,其不同处在于风冷式电动机是靠自带风扇吹动机壳外的空气带走热量,而水冷式电动机是利用包在机壳外水箱里水的流动带走热量。介质的物理特性有较大差异。进行水冷式时机温度场热路分析,可以借用风冷式电动机等效热路模型。见图1。 从等效热路可以看出,整个热路系统传热方式多样,传热路线复杂。根据实际工程的要求,我们可以对问题做以下简化和设定。 (1)电动机的温度分布沿圆周方向对称,电动机在圆周方向冷却条件相同。 (2)对时机内部的各种传热方式和路线进行简化,认定电动机运行产生的热量全部通过机壳壁法线方向向外传递,即热量先以导热的方式传给机壳壁,又以对流方式传给水箱内的冷却水,流出水箱的水带走大部分热量,小部分热量由水传递给水箱外壁后在空气中散发,见图2。 (3)图2显示热传递过程的温度梯度。t、t1、t2、t3、t4分别是各界面的温度。我们根据工程实际要求和导热基本定律分别确定和计算其温度值。 其中,t—GB755—2000规定的电动机绕组的温度限值()即最高环境温度+绕组的温升限值,B级为120℃,F级为145℃,H级为165℃); t1—我们设定为电动机绕组及绕组及铁心等内部各发热源传递至机壳壁的温度限值。为保证时机绝缘寿命可靠性,取t1~ t2段是导热方式传热,按傅立叶导热基本定律 q1=(t1 - t2)/ (1) 由此可计算t2 t2~ t3段是对流方式传热按牛顿冷却定律 q2=Aα(t2 - t3) 由此可计算t3 q1—导热方式传热