CN103795193B - 水轮发电机三相大容量交流集电环装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水轮发电机三相大容量交流集电环装置，其装置采用分流环降低电流流过集电环装置时的发热，采用特殊散热结构的集电环增强散热，避免集电环过热发生事故，非常适合在可变速水轮发电机上使用。该装置包括设置在发电机顶轴上的集电环、中空导电杆、分流环、固定螺母、轴绝缘环等。集电环装置由3个集电环组成，以便连接三相交流电源，每个集电环设2根中空导电杆穿过发电机顶轴与内腔的励磁铜排连接。3组中空导电杆分别设置在顶轴内3个不同轴向截面上，按圆周120°均匀分布，增大了顶轴内的安装空间，也消除了机组转动过程中重量不对称造成的振动，提高了运行的稳定性。

Description

水轮发电机三相大容量交流集电环装置

技术领域：

本发明涉及水轮发电机技术领域，尤其涉及一种水轮发电机用三相大容量交流集电环装置。

背景技术：

集电环装置是将励磁电流由静止的水轮发电机刷架引至旋转的发电机转子的电流导通装置。现有的水轮发电机均为恒速发电机，励磁电流均为直流，且电流不大，所以集电环都是两极的(正极和负极)。随着新型可变速水轮发电机的出现，为保证变速范围内发电机定子发出恒频的三相交流电，其转子必须采用三相大电流交流励磁。随发电机转子高速旋转的集电环与固定的电刷摩擦发热、交流电的趋肤效应造成电流在导电杆上的不均匀、大电流通过导体时的发热必须特殊考虑，否则将造成集电环局部过热导致事故发生。目前三相大容量交流集电环技术是可变速水轮发电机发展的关键技术之一。

发明内容：

本发明的目的是公开一种水轮发电机三相大容量交流集电环装置，其具有结构简单、散热效果好、承受电流大、安装简便、绝缘效果好等特点，可以较好地解决可变速水轮发电机三相大容量交流集电环的发热问题。

本发明的技术方案是：包括设置在发电机顶轴上的具有特殊散热结构的集电环、连接集电环和发电机顶轴内部励磁铜排的中空导电杆、中空导电杆与集电环之间的分流环，分流环固定螺母，励磁铜排螺母，集电环与发电机顶轴之间的轴绝缘环，所述的集电环装置由3个具有特殊散热结构的集电环组成，分别对应三相交流电源，每个集电环设置2根中空导电杆穿过发电机顶轴与轴内腔的2根励磁铜排分别连接，并用励磁铜排螺母固定，3组中空导电杆分别设置在发电机顶轴的3个不同轴向截面上，按圆周120°角度均匀分布。

所述的水轮发电机三相大容量交流集电环装置，中空导电杆为中空结构，其外圆侧面穿过发电机顶轴的部分包绝缘层，其伸出发电机顶轴外的部分不设置绝缘层，利用空气散热，中空导电杆与集电环之间夹分流环，并用分流环固定螺母把紧，分流环为360°包在集电环外圆上，并用螺钉固定。

所述的水轮发电机三相大容量交流集电环装置，每个集电环的环面均开设散热槽，集电环本体内部设散热斜孔，散热槽通过槽底小孔与内部的散热斜孔联通，集电环套装在发电机顶轴外表面，其与发电机顶轴之间套有轴绝缘环。

本发明的有益效果是：

1、本发明的中空导电杆为中空结构，根据交流电趋肤效应原理充分利用了材料，增加了散热面积，中空导电杆伸出发电机顶轴外的部分不设置绝缘层，利用机组高速旋转使大电流通过导体产生的热量充分散发到空气中，每相励磁电流采用2根中空导电杆传导，减小了中空导电杆的发热。

2、本发明的集电环装置中的3组共6根中空导电杆在发电机顶轴内部分别设置在3个不同的轴向截面上，且按圆周120°均匀分布，增大了在发电机顶轴内的安装空间，更利于操作，均匀分布的结构也消除了发电机旋转时由于重量分配不均匀造成的振动，提高了转子运行的稳定性。

3、本发明的3个集电环分别与三相交流电源对应连接，集电环外圆周的散热槽增加了散热面积，使电流流过电刷与集电环接触面产生的热量和电刷与集电环摩擦产生的热量充分散发到空气中，集电环本体内部设置的斜孔及外圆周散热槽底与内部斜孔联通的径向小孔组成了集电环的通风道，使集电环随发电机转子高速旋转产生的风从斜孔进入集电环本体，再从径向小孔流出，加强了散热效果，也减少了电刷与集电环摩擦产生的碳粉在集电环表面的堆积，避免了集电环过热发生事故。

4、本发明的分流环为360°贴紧在集电环外侧，增大了集电环和分流环的接触面积，使集电环导流的大电流均匀传导到分流环上，降低了二者的接触电流密度，降低了大电流流过两种材料接触面时的发热。

5、本发明的集电环与发电机顶轴之间设置的绝缘环、中空导电杆穿过顶轴部分包绕的绝缘层保证了励磁电流与发电机顶轴的有效绝缘，防止了漏电、放电、爬电等事故的发生。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图

图2为图1的A-A剖视图

图3为图2的B向视图

图4为图3的C-C向旋转视图

图5为本发明的应用示意图

图6为图5的D向视图

图中，1、集电环；2、发电机顶轴；3、中空导电杆；4、分流环；5、轴绝缘环；6、分流环固定螺母；7、励磁铜排；8、励磁铜排固定螺母；9、螺钉；10、电刷；11、绝缘垫圈；12、绝缘垫块

具体实施方式：

如图1所示，水轮发电机三相大容量交流集电环装置，包括设置在发电机顶轴2上的具有特殊散热结构的集电环1、连接集电环1和发电机顶轴2内部励磁铜排7的中空导电杆3、中空导电杆3与集电环1之间的分流环4、分流环固定螺母6、集电环1与发电机顶轴2之间的轴绝缘环5、励磁铜排固定螺母8等。集电环装置共3个具有特殊散热结构的集电环1，以与三相交流电源对应连接。根据交流电的趋肤效应特性，每个集电环设置2根中空导电杆3穿过发电机顶轴2，与轴内腔的励磁铜排7连接。

如图1、2所示，3组共6根中空导电杆3分别设置在发电机顶轴2的3个不同轴向截面上，按圆周120°角度均匀分布，这样在发电机顶轴2内部留出了足够的安装空间，也消除了机组转动过程中由于重量不对称造成的振动，提高了运行的稳定性。中空导电杆3与集电环1之间夹分流环4，并用固定螺母6把紧，分流环4为360°包在集电环1外圆上，并用螺钉9固定，这样大电流通过分流环4与集电环1的接触面传导，减少了接触面产生的热量。中空导电杆3为中空结构，其外圆侧面穿过发电机顶轴2的部分包绝缘层，其伸出发电机顶轴2外的部分不设置绝缘层以便利用空气散热。每相励磁电流采用2根中空导电杆传导，减小了中空导电杆的发热。

如图3、4所示，集电环1外圆周开设的散热槽增加了散热面积，使电流流过电刷10与集电环1接触面产生的热量和高速旋转的集电环1与固定的电刷10摩擦产生的热量充分散发到空气中。如图4所示，集电环1本体内部设置的斜孔及外圆周散热槽底与内部斜孔联通的径向小孔组成了集电环1的通风道，使集电环1随发电机转子高速旋转产生的风从斜孔进入集电环1本体，再从径向小孔流出，加强了散热效果，也减少了电刷10与集电环1摩擦产生的碳粉在集电环1表面的堆积，避免了集电环1过热发生事故。

Claims (3)

1.一种水轮发电机三相大容量交流集电环装置，包括设置在发电机顶轴(2)上的具有特殊散热结构的集电环(1)、连接集电环(1)和发电机顶轴(2)内部励磁铜排(7)的中空导电杆(3)、中空导电杆(3)与集电环(1)之间的分流环(4)，分流环固定螺母(6)，励磁铜排螺母(8)，集电环(1)与发电机顶轴(2)之间的轴绝缘环(5)，其特征是：所述的集电环装置由3个具有特殊散热结构的集电环(1)组成，分别对应三相交流电源，每个集电环(1)设置2根中空导电杆(3)穿过发电机顶轴(2)与轴内腔的2根励磁铜排(7)分别连接，并用励磁铜排螺母(8)固定，3组中空导电杆(3)分别设置在发电机顶轴(2)的3个不同轴向截面上，按圆周120°角度均匀分布。

2.根据权利要求1所述的水轮发电机三相大容量交流集电环装置，其特征是：中空导电杆(3)为中空结构，其外圆侧面穿过发电机顶轴(2)的部分包绝缘层，其伸出发电机顶轴(2)外的部分不设置绝缘层，利用空气散热，中空导电杆(3)与集电环(1)之间夹分流环(4)，并用分流环固定螺母(6)把紧，分流环(4)为360°包在集电环(1)外圆上，并用螺钉(9)固定。

3.根据权利要求1所述的水轮发电机三相大容量交流集电环装置，其特征是：每个集电环(1)的环面均开设散热槽，集电环(1)本体内部设散热斜孔，散热槽通过槽底小孔与内部的散热斜孔联通，集电环(1)套装在发电机顶轴(2)外表面，其与发电机顶轴(2)之间套有轴绝缘环(5)。