一种分布式同步调相机定子轭背与转子护环级联水冷系统

1.本发明涉及一种同步调相机定子轭背与转子护环级联水冷系统，属于电机技术领域。


背景技术：

2.直流输电工程换流站动态无功的需求越来越大,随着300mvar同步调相机的陆续投运，调相机在直流输电工程中的作用日益突出；所提供瞬时的大容量动态无功补偿对于确保电力系统的稳定性至关重要。为了实现送、授端各关键节点电压水平的普遍改善，降低新能源厂站过电压水平及脱网风险，提高特高压直流输电功率，一种新型的分布式同步调相机被提出。特高压输电系统用大型同步调相机要求具备快速动态响应能力和强励能力，此外特高压用调相机要求较普通隐极同步发电机更高的短时过载能力，来保证在电网发生故障时，保证电网电压的稳定；且调相机处于持续不间断的运行状态，这对特高压用分布式同步调相机的冷却要求更高，因此更大程度优化定转子及绕组的冷却环境，保证同步调相机安全稳定运行具有重要意义。
3.目前特高压用分布式同步调相机的冷却技术对于定子铁芯轭部的冷却多为单一空冷方式，而处在热风区的定子铁芯轭背部温升较为严重，针对于热风区铁芯轭背部的冷却技术较针对齿部冷却技术并不完善，因此针对于定子铁芯轭部的冷却技术发展尤为重要。
4.分布式同步调相机的定转子气液协调冷却的技术进步，对特高压直流输电工程具有重要意义，目前因冷却系统设计不合理而导致的电机强励及过载运行过程中定转子温升过高的问题依旧存在。


技术实现要素：

5.本发明为解决现有同步调相机的冷却系统设计不合理，导致电机强励及过载运行过程中定转子温升过高的问题，进而提出一种分布式同步调相机定子轭背与转子护环级联水冷系统。
6.本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括悬挂式空气冷却器、轭部热风区水冷却器、定子热风区轭背部冷却水路和转子侧励磁绕组冷却水路；悬挂式空气冷却器设置在分布式同步调相机的机壳的下方，且悬挂式空气冷却器位于分布式同步调相机的封闭壳内，轭部热风区水冷却器设置在分布式同步调相机的机壳的上方，且轭部热风区水冷却器位于分布式同步调相机的封闭壳内，所述定子热风区轭背部冷却水路同轴套装在分布式同步调相机的定子铁芯叠片上，所述转子侧励磁绕组冷却水路同轴套装在分布式同步调相机的转轴上，且所述转子侧励磁绕组冷却水路位于分布式同步调相机的转轴与定子铁芯铁片之间的气隙内，所述定子热风区轭背部冷却水路与所述转子侧励磁绕组冷却水路连通，且所述定子热风区轭背部冷却水路与所述转子侧励磁绕组冷却水路共同与轭部热风区水冷却器连通。
7.进一步的，所述定子热风区轭背部冷却水路由多个表贴式挡风水冷却通道和多个定子挡风连通水道沿分布式同步调相机的转轴的轴向交错设置组成，相邻的表贴式挡风水冷却通道通过弧形水道与定子挡风连通水道连通。
8.进一步的，表贴式挡风水冷却通道与分布式调相机的定子铁芯叠片之间填充有扇形多楔结构。
9.进一步的，所述转子侧励磁绕组冷却水路由转子冷却水道、水冷式护环、级联水道和圆环连通水道组成，转子冷却水道分布在分布式同步调相机的转子水冷副槽内，转子冷却水道通过圆环连通水道与水冷式护环连通，转子冷却水道上设有动封闭面，动封闭面通过级联水道与轭部热风区水冷却器连通。
10.进一步的，水冷式护环内中空，且水冷式护环内设有起支撑作用的角形铜架结构。
11.进一步的，本发明还包括两个混流式风扇，两个混流式风扇分别安装在转轴的两端。
12.进一步的，定子挡风连通水道与分布式同步调相机的定子铁芯叠片留有间隙，且采用梯形结构。
13.本发明的有益效果是：本发明通过在转子安装强压混流式风扇，吸入机壳与封闭壳内冷却后的空气，沿气隙轴向吹入，同时吹向定子端部绕组，在表贴式挡风水冷却通道的作用下，通过
①
风区吹入定子铁芯叠片，在其他风区形成循环风区，在经过
②
风区吹出到达悬挂式空气冷却器，经冷却后的空气再经混流式风扇吸入电机内，形成多进多出的风冷却回路，大大降低定子温升；表贴式挡风水冷却通道通过定子挡风连通水道连通形成定子侧冷却水路，在轭部热风区水冷却器的作用下用于降低定子铁芯轭部及定子端部绕组温升；在电机强励磁运行过程中，转子励磁绕组温度急剧上升，转子开有u型外壁的水冷副槽，转子冷却水道嵌于水冷副槽内，通过圆环连通水道与水冷式护环连通，在圆环连通水道上设置动封闭面，通过级联水道与轭部热风区水冷却器形成连通水路用于冷却转子、励磁绕组。对大型同步调相机强励磁运行状态下的安稳运行具有重要作用。
附图说明
14.图1是本发明的剖视图。
15.图2是表贴式挡风水冷却通道、定子挡风连通水道结构示意图。
16.图3是分布式同步调相机转子结构径向剖视图。
17.图4是分布式同步调相机转子端部水冷结构示意图。
18.1-定子铁芯叠片、2-机壳、3-转轴、3-1转子水冷副槽、4-励磁绕组、5-定子端部绕组、6-表贴式挡风水冷却通道、6-1表贴式挡风水冷却通道楔结构、6-2弧形水道、7-悬挂式空气冷却器、8-转子冷却水道、8-1圆环连通水道、8-2级联水道、8-3动封闭面、9-水冷式护环、9-1角形铜架结构、10-混流式风扇、11-热风区、12-气隙、13-定子挡风连通水道、14-轭部热风区水冷却器、15-级联水道、16-封闭壳，
①
风区为进风区，
②
风区为出风区；图1中箭头所示为分布式同步调相机定子轭背与转子护环级联水冷系统内冷却气体及冷却水的流动方向。
具体实施方式
19.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种分布式同步调相机定子轭背与转子护环级联水冷系统包括悬挂式空气冷却器7、轭部热风区水冷却器14、定子热风区轭背部冷却水路和转子侧励磁绕组冷却水路；悬挂式空气冷却器7设置在分布式同步调相机的机壳2的下方，且悬挂式空气冷却器7位于分布式同步调相机的封闭壳16内，轭部热风区水冷却器14设置在分布式同步调相机的机壳2的上方，且轭部热风区水冷却器14位于分布式同步调相机的封闭壳16内，所述定子热风区轭背部冷却水路同轴套装在分布式同步调相机的定子铁芯叠片1上，所述转子侧励磁绕组冷却水路同轴套装在分布式同步调相机的转轴3上，且所述转子侧励磁绕组冷却水路位于分布式同步调相机的转轴3与定子铁芯铁片1之间的气隙12内，所述定子热风区轭背部冷却水路与所述转子侧励磁绕组冷却水路连通，且所述定子热风区轭背部冷却水路与所述转子侧励磁绕组冷却水路共同与轭部热风区水冷却器14连通。
20.本实施方式中，分布式调相机包括定子铁芯叠片1、机壳2、转轴3、励磁绕组4、端部绕组5和封闭壳16，机壳2设置在封闭壳16内，转轴3水平插装在机壳2内，定子铁芯叠片1同轴套装在转轴3上，且定子铁芯叠片1与转轴3之间留有气隙12，端部绕组5安装在铁芯叠片1上。
21.具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述所述定子热风区轭背部冷却水路由多个表贴式挡风水冷却通道6和多个定子挡风连通水道13沿分布式同步调相机的转轴3的轴向交错设置组成，相邻的表贴式挡风水冷却通道6通过弧形水道6-2与定子挡风连通水道13连通。
22.表贴式挡风水冷却通道6采用半圆形中空板陶瓷结构，轭部热风区水冷却器14一端下方进水通道流入表贴式挡风水冷却通道6，通过定子挡风连通水道13与热风区表贴式挡风水冷却通道6连通；通过多段弧形水道6-2与冷风区表贴式挡风水冷却通道6连通；最后通过轭部热风区水冷却器14下方流出水道流出。
23.其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
24.具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种分布式同步调相机定子轭背与转子护环级联水冷系统的表贴式挡风水冷却通道6与分布式调相机的定子铁芯叠片1之间填充有扇形多楔结构6-1。
25.扇形多楔结构6-1对表贴式挡风水冷却通道6起到固定作用。
26.其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
27.具体实施方式四：结合图1、图3、图4说明本实施方式，本实施方式所述一种分布式同步调相机定子轭背与转子护环级联水冷系统的所述转子侧励磁绕组冷却水路由转子冷却水道8、水冷式护环9、级联水道15和圆环连通水道8-1组成，转子冷却水道8分布在分布式同步调相机的转子水冷副槽3-1内，转子冷却水道8通过圆环连通水道8-1与水冷式护环9连通，转子冷却水道8上设有动封闭面8-3，动封闭面8-3通过级联水道15与轭部热风区水冷却器14连通。
28.分布式同步调相机的转子对称开有q个水冷副槽3-1，q与励磁绕组4的个数相同，水冷副槽3-1的外壁为u型结构，此结构可增加转轴3的冷却面积。
29.在分布式同步调相机的转子端部的所有水冷副槽3-1内贯穿冷却水道8，冷却水道
8与水冷式护环9通过圆环连通水道8-1相连，在降温的同时也能起到对励磁绕组4的支撑固定作用；在冷却水道8上设置动封闭面8-3，动封闭面8-3通过级联水道8-2与轭部热风区水冷却器14形成连通水路；此连通水路由轭部热风区水冷却器14一端下方进水通道流入级联水道15，通过动封闭面8-3在经过一端的圆环连通水道8-1流入转子冷却水道8、水冷式护环9；通过转子冷却水道8流入另一端的水冷式护环9，再由另一端水冷式护环9上的动封闭面8-3到轭部热风区水冷却器14的流出水道。
30.其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
31.具体实施方式五：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种分布式同步调相机定子轭背与转子护环级联水冷系统的水冷式护环9内中空，且水冷式护环9内设有起支撑作用的角形铜架结构9-1。
32.如此设置，可以确保水路流通的同时能够提供足够的应力来增加水冷式护环9的结构强度；且采用角形铜架结构9-1可以在电网不稳定时有效抑制同步调相机电压电流的振荡，同时由于铜的导热性能良好，采用角形铜架结构9-1可使转子侧励磁绕组4冷却环境更加。
33.其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
34.具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种分布式同步调相机定子轭背与转子护环级联水冷系统还包括两个混流式风扇10，两个混流式风扇10分别安装在转轴3的两端。
35.混流式风扇10为电机通风系统提供冷却风，两个混流式风扇10对称吸入冷却风使风冷系统呈现风路对称冷却。
36.通过吸入冷却后的空气来冷却定子铁芯1与定子端部绕组5，通过气隙12、铁芯径向通风道、在表贴式挡风水冷却通道6的作用下形成多进多出风路；其中
①
风区为进风区，
②
风区为出风区，其余铁芯叠片风区在表贴式挡风水冷却通道6的作用下形成循环风区。
37.其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
38.具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种分布式同步调相机定子轭背与转子护环级联水冷系统的定子挡风连通水道13与分布式同步调相机的定子铁芯叠片1留有间隙，且采用梯形结构。
39.如此设置，使得靠近铁芯区域进风区
①
风压小于表贴式挡风水冷却通道6与机壳2间风区风压，加快铁芯区域空气流速。
40.其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
41.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。