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电机不同空气冷却系统的优势比较

2019年12月25日 18:29:25 中国传飞-传动网

近代电机都采用较高的电磁负荷,以提高材料的利用率,电机的单机容量也日益增大,因此必须改进电机的冷却系统,以提高其散热能力。除个别小型或特种电机外,绝大部分电机都是采用风扇强迫空气流动来冷却电机。

电机冷却系统发展概述早在1928年,用于改善电力网路功率因数的同步调相机采用氢气作为冷却介质获得成功。试验证明,由于减小了气体的机械摩擦损耗和提高了散热能力,同样尺寸的电机采用氢冷后可提高容量20~25%或更多,且效率也提高。此后二十余年内,汽轮发电机采用氢冷技术被迅速推广。五十年代以后,在大容量电机,特别是汽轮发电机中采用了内冷系统。所谓内冷就是使导体中产生的热量直接传递给冷却介质,而不通过绝缘。最初,在内冷系统中普遍采用氢气作为冷却介质,后来为了进一步提高冷却能力,又开始采用液体(水或油)作为冷却介质。

1955年,英国茂伟电机公司首先完成一台容量为30000千瓦,定子水内冷,转子一般氢冷的汽轮发电机,效果良好,其电负荷比空气冷却时提高4~5倍而绕组温升还没超过允许值。对于定转子绕组都用水内冷的双水内冷汽轮发电机的研究和制造,我国广大的电机工作者作出了显著的成绩。目前世界各国除对已有的冷却方式进一步深入研究外,还在研究和发展包括利用低温超导技术在内的各种新的冷却方式。根据冷却介质的不同来划分电机的冷却系统较为方便。目前在电机制造中最广泛采用的是以空气为冷却介质的空气冷却系统。今天Ms.参主要与大家谈谈空气冷却系统。电机空气冷却系统采用空气冷却的电机结构简单,成本较低;其缺点是空气的冷却效果较差,在高速电机中引起的摩擦损耗较大。采用空气冷却的通风系统的结构类型非常繁多,现就其基本特点从下列方面来说明:

●开路冷却(或自由循环)或闭路冷却(或封闭循环)开路冷却的电机,其冷却空气由电机周围抽取,通过电机后,再回到周围环境中去。闭路冷却的电机,其初级冷却介质通过电机,沿着闭合线路进行循环;初级冷却介质中的热量经结构件或冷却器传递给第二冷却介质。

●径向、轴向和混合式通风系统按照电机内冷却空气流动的方向,空气冷却系统可以分为径向、轴向和混合(径、轴向)式三种。由于径向通风系统便于利用转子上能够产生风压的零部件(如风道片、磁极等)的鼓风作用,因而得到广泛的应用。轴向通风系统便于安装直径较大的风扇,以加大通风量。主要缺点是沿轴向的方向上冷却不均匀,且不便于利用转子上部件的鼓风作用。轴向通风系统在国内一般仅用于中小型直流电机中。实际上,所谓径向或轴向通风系统只是就冷却介质在电机内所起冷却作用的主要方面而言,纯粹的径向或轴向通风系统是较为少见的。

混合式通风系统兼有轴向和径向两种通道,但往往还是偏重一种,大型直流电机即是以轴向为主的混合式系统,有的汽轮发电机中广泛应用的以径向为主的混合式系统。

●吸入式和压入式根据冷却空气是首先通过电机的发热部分,再通过风扇,或是相反,采用空气冷却的系统可分为吸入式及压入式两种。由于吸入式的冷空气首先和电机的发热部分接触,且能采用直径较大的风扇,而压入式的冷却空气却先通过风扇,被风扇的损耗加热后,再和电机的发热部分接触(高速电机中,风扇损耗引起的空气温升可达5℃左右),因此吸入式的冷却能力较高。

直流电机中,风扇多装在非换向器端,如采用压入式冷却系统可避免电刷磨损的炭粉进入电机,但这时大部分风量经由定子极间空间吹过,而吹拂转子的风量较少,致使损耗较多的转子散热困难,这时要采取适当措施,如充分依靠电枢铁芯的风道片和绕组端部的鼓风作用来散热。

●外冷与内冷采用空气冷却的系统一般都采用外冷或所谓表面冷却方式,但为了提高冷却能力,也有采用内冷方式的,例如水轮发电机的励磁绕组,可采用空气内冷。国外在容量不大的汽轮发电机转子绕组上也用过空气内冷。但内冷系统结构复杂,且对冷却气体要求十分干净,因此目前还很少在采用空气作为冷却介质的电机中使用。

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供稿: 猫一猫二 电机技术日参

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