异步电机温升计算解析
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［关键词］ 异步电机温升；计算；解析
［作者简介］ 陈辉，江苏省启东市产品质量监督检验所所长助理，助理工程师，江苏 启东，226200
［中图分类号］ TM343 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-7723（2012）04-0050-0002 异步电机属于面广量大的产品，耗电量占全国用电量很大的比重，对工农业、科技国防的进步，能源的开放、利用及节约均起到至关重要的作用。为科学技术发展和自动化程度的提高，对电机质量、品种的要求越来越严格，本文就异步电机温升和计算作如下解析：
一、将定子作为均匀发热体时电机表面温升θs的表达式
定子可以视为一均匀发热的物体，当发热与散热在某一温度下达到平衡状态时，电机表面温升θs可用下式表示：
θs=Q/αS（K） (1)
式中 Q——稳态时单位时间定子所产生的热量（W）；
α——定子表面的传热系数（W/（Kocm2））,见表1；
S——定子表面面积（cm2）。
式1表明：无外风扇的电机的表面温升与定子产生的热量成正比；与散热系数、散热面积成反比。其中散热系数α与电机表面状况有关，电机在使用中若表面积有灰尘、污垢使α变小，从而使温升增高。
二、计入定子本身散热途径中各部分温度降之后的定子绕组温升
空气冷却的电机的散热主要由两大途径——固体之间及固体与气体之间构成。
（一）固体之间温度降
固体之间温度降粗略地可以看成由两部分组成——绝缘层中（包括浸渍漆及漆膜）及铁心中（机座与铁心可视为一体）。
1． 绝缘层中的温度降θi
θi=Qδi/Sλ(K)
式中Q——由绕组产生并经绝缘传出经绝缘传出的热量（W）；
δi—— 绝缘层厚度（cm）；
S——绝缘部分散热面积（cm2）；
λ——热导率（W/（Kocm））,见表2：
将公式中的Q用相应部分的定子铜耗Pcul(W)代入，即为该处绝缘层中的温度降。如计算糟部：
θ■= P■δ■/Sλ（l/lc） （K）
若计算端部：
θ■= P■δ■/Sλ（lE/lc） （K）
l——铁心长（cm）；
l■——半匝线圈平均长（cm）；
l■——半匝线圈端部平均长（cm）。
计算时，若槽部θ■、S、λ与端部的不同，则代入θi公式时应分别取值。
2. 铁心表面的平均温升θ■
θ■=Q/αS=ΣP/αS=[（P■+0.5P■）+P■（l/lc）]/ αS
式中S——定子铁心内圆面积；
S=πK■l（cm■）
P■——铁耗（W）；
P■——电机的杂散损耗（W）；
P■——定子铜耗（W）。
（二）绕组端部表面对空气的温升θ■=P■/α■S■（K）
式中P■——端部绕组铜耗，P■=+P■l■/ lc（W）；
α■——端部表面的散热系数；
S■-、——端部绕组面积，S■= L■l■Zl（cm■）
L——为绝缘线圈断面的外缘周长（cm）。
（三）定子线组温升θ■
θ■=θ■l+θ■l■/（l+l■） （K）
式中θ■——绕组有效部分温升，θ■=θ■+ θ■ （K）
θ■——绕组端部温升，θ■=θ■+θ■ （K）
三、计入转子辐射之后的定子绕组温升
转子对定的热辐射对定子绕组的温升θl有一定影响，尤其对冷却方式为IC0141的封闭式电机，这已为实践所验证。但目前国内有关电机设计方面的书籍上，在计算θl时均未将转子的热辐射（用计入转子铜耗P■来考虑）计入后，经试验修正得出以下θ■的计算公式。
θ■=Kl PFe+Pcul+K2 Pcu2/αS （K）
S=πD■l■/2+πD■l （cm■）
式中α——用定子温升实测值统计数据按上式反算后求得的经验系数（W/（cm■oK））；
D■——定子铁心外径（cm）；
L——铁心长（计及通风沟）（cm）；
K■、K■——经热路计算及试验获得的修正系数，求法见文献。
将三种损耗（其中P■为总铁耗）均纳入θ■的表达式之中是符合实际情况的。K1、K2是与电机结构、工厂采取的制造工艺均有关的系数。当将K1、K2及α在典型结构上经过修正确定下来之后，用该公式计算同类产品的其他规格时，算得的θl与试验值之间的误差就很小。
四、对温升的分析、估算
因目前国内尚无与试验结果比较吻合的温升（指θl）计算化工，所以异步电机的设计人员基本上都是用分析、估算的办法确定所设计产品的温升。
分析、估算的办法是：将所设计的产品的电磁负荷及散热面积与已有试验结果的同类产品相较。其中定转子电密J1、J2，因温升与它们的平方成正比，对θl影响较大。若所参照的产品的θl较高或较低，可用上述的平方关系调整所设计产品的J1、J2。定、转子线负荷A1、A2与θl成一次方的比例关系；Bδ则随产品类型的不同有一定的选择范围，不宜大幅度地增、减。
除上述的规律外，在借助于分析、计算确定所设计的电机的方案时，还应注意以下几点：
1. 在系列产品设计时，为保证“系列性”，个别规格的电磁负荷会选得较低或略偏高。
2. 应注意工艺上对θl有影响的因素，如浸渍方法，铁心加工水平等。
3. 注意电磁负荷分配的合理性。
4. 注意散热面积，在同一机座号的不同长度电机中，若PN1> PN2，且采用IC0141的散热方式，应使l1/ l2略大于PN1> PN2，即散热面积的增加幅度应略大于功率的增加幅度，否则应降低电磁负荷、热负荷。
5. θl应按企业的具体情况留有一定的裕度，对于新设计的待定型的产品，至少应留有10K的裕度。