永磁发电机最高温升探究

永磁发电机在运行时的最高温升，不仅与永磁发电机的运行工况有关，而且与永磁发电机的冷却密切相关。冷却空气流速快，流量大，永磁发电机的冷却风道多，冷却风道总数的面积大，冷却风道设计得科学、合理，则永磁发电机在运行时其最高温升就要低，反之，永磁发电机在运行时其最高温升则高。

有资料用二热阻、三热阻或简易计算法计算发电机的温升，实际上，发电机的温升计算是十分复杂的。这主要是因为影响计算结果的因素太多，所以尽管反复计算多次，还是与实际测试的结果相差很大。

永磁发电机采用强迫风冷，实际上是将冷空气不断地强迫压入发电机内腔并经冷却风道将发电机发热体不断产生的热量经不断进入的冷空气不断地带走一部分，使永磁发电机的最高温升保持在一定范围内，以确保永磁发电机安全运行。强迫风冷的过程，我们可以认为是一个对流热传递的过程。尽管在对流热交换的过程中尚存在着辐射散热给冷却空气、冷却空气在绕组端部的流速没有在冷却风道中的流速高，以及机壳和机壳上的散热片辐射散热等情况，但按对流散热计算是科学的，并留有一定的裕度。

牛顿对流冷却公式为

Q′=αS（T_w-T_f）

将其改写成

Q′=αS（T-T₀） （8-33）

式中 Q′——对流换热流体吸收的热量，单位为W；

α——对流换热系数，单位为W/（m²·℃）；

S——流体接触的发热体表面积，单位为m²；

T——冷却空气出口温度，单位为℃；

T₀——冷却空气入口温度，单位为℃。

对流换热系数应在实验中取得，这主要是因为各种电机的结构、冷却方式、冷却风速、流量等条件的不同，因而对流换热系数也不同。在实践中，总结出求对流换热系数α[W/（m²·℃）]的经验公式为

即式（8-32）。

式中 α₀——电机发热体在静止空气中的散热系数，查表8-4；

K——气流流经电机发热体带走热量的效率系数，查表8-5；

v——冷却空气在冷却风道的平均流速，单位为m/s。

v可由下式给出：(www.xing528.com)

v₁^S1=v₂S₂ （8-34）

式中 S₁——冷却空气进口面积，单位为m²；

v₁——冷却空气进口速度，单位为m/s；

v₂——冷却空气流经冷却风道的平均速度，单位为m/s，v₂即式（8-32）中的v；

S₂——永磁发电机所有冷却风道截面面积的总和，单位为m²。

冷却空气流经冷却风道的平均流速v（m/s）为

冷却空气进口的流速v₁可由冷却风机标定的流量计算出，流量q=v₁S₁（单位是m³/s），v₁=q/S₁（单位是m/s）。

冷却空气经过永磁发电机之后带走的热量为Q，单位为W；而永磁发电机主要发热体由定子绕组铜损耗P_Cu和定心铁心的铁损耗P_Fe组成，它们共同产生的热量P′_Q=P_Cu+P_Fe。而冷却空气带走Q热量后，即永磁发电机发热体减少了Q，即P_Q=P_Q′-Q=P_Cu+P_Fe-Q。

在永磁发电机中，铜损耗约占铜、铁损耗的90%，铁损耗约占铜、铁损耗的10%，故冷却空气带走的热量Q的90%认为是铜损耗，而Q×10%认为是铁损耗。于是

P_Cu′=P_Cu-90%Q

P_Fe′=P_Fe-10%Q

永磁发电机在强迫风冷的运行中的最高温度T_max′（℃）为

永磁发电机在运行中强迫风冷，其最大温升ΔT_max′为

ΔT_max′=T_max′-T₀ （8-36）

同理，可以求出永磁发电机在运行中强迫风冷的平均温升T_av′为

同理，可以求出其他需要求出的永磁发电机在运行中强迫风冷的温升值。

由于永磁发电机的永磁体磁极在温度达到100℃之后其综合磁性能下降很快，因此，推荐永磁发电机的绝缘耐热等级为A级，极限温度为105℃，如果永磁发电机工作环境温度为25℃，则永磁发电机最大允许温升为80℃；如果永磁发电机工作环境温度为40℃，则其最大允许温升为65℃。当然绝缘不仅与温度有关，与电压也有关。当永磁发电机的电压超过1000V之后，也应提高绝缘等级。比如采用B级甚至F级，同时对永磁体也相应地提高其综合性能。