CN108037454A - 一种定子电枢试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定子电枢试验系统，包括冷却液体循环系统、定子电枢试验装置、待实验定子电枢、变频器和测试系统；冷却液体循环系统通过管路为定子电枢试验装置提供循环冷却液体；所述的定子电枢试验装置由底座、箱体框架以及不导磁圆弧板组成；所述的测试系统与密封航空插头相连；所述的变频器与密封接线母排相连，所述的定子电枢上设置有进液管和出液管，冷却液体循环系统通过管路循环冷却液体；还公开了其实验方法；本实验系统不仅能够合理模拟一对极定子电枢实际工作状态，并且能够对定子电枢的温度分布和应变进行测试，以此来验证浸泡式液体冷却方式能否满足高热负荷定子电枢的温升要求以及其应力应变能否满足定子电枢的强度要求。

Description

一种定子电枢试验系统及试验方法

技术领域

本发明属于性能测试技术领域，涉及一种试验系统及试验方法，具体涉及一种浸泡式液体冷却定子电枢试验系统及试验方法，用于模拟考核浸泡式液体环境中，定子电枢在等效损耗下的应变和温度分布。

背景技术

对于某些体积小、重量轻、高热负荷高转矩密度的特种电机而言，其单位体积的损耗和工作温升较相同容量的常规电机要大。在满足电机电磁性能的前提下，为了有效控制电机的温升，定子电枢一般采用液体冷却的方式，主要有绕组水内冷、槽内液体冷却、浸泡式液体冷却三种方式。考虑到成型工艺，浸泡式液体冷却的可靠性较另两种冷却方式的可靠性要显著提升，相对降低了电机研制风险。

为了验证浸泡式液体冷却定子电枢的温度分布是否能够满足电机绝缘要求以及强度能否满足电机结构设计要求，需要对浸泡式液体冷却的定子电枢进行温升试验。然而，采用整圆式定子电枢，势必会增加成本。

发明内容

为简化试验，本发明的目的之一是提供一种一对极浸泡式液体冷却定子电枢试验系统，该试验系统不仅能够合理模拟一对极定子电枢实际工作状态，并且能够对定子电枢的温度分布和应变进行测试，以此来验证浸泡式液体冷却方式是否能满足高热负荷定子电枢的温升要求以及其应力应变是否能满足定子电枢的强度要求，为特种电机的总体设计，尤其是浸泡式液体冷却定子电枢的设计提供技术支撑。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种定子电枢试验系统，包括冷却液体循环系统、定子电枢试验装置、待实验定子电枢、变频器和测试系统；所述的冷却液体循环系统通过管路为定子电枢试验装置提供循环冷却液体；所述的定子电枢试验装置由底座、U形箱体框架以及设于箱体框架内的不导磁圆弧板组成，不导磁圆弧板用于模拟定子电枢实际状态，所述的箱体框架上设置有密封航空插头和密封接线母排；所述的测试系统通过测试引线与密封航空插头相连，用于实时检测定子电枢的温升及应变，并绘制曲线；所述的变频器通过电缆与密封接线母排相连，为定子电枢提供交流电，用于模拟定子电枢的等效热负荷，所述定子电枢上设置有应变片以及热电偶，所有测试引线与密封航空插头相连；所述定子电枢的绕组引线通过电缆与密封接线母排相连；所述的定子电枢上设置有与管路连接的进液管和出液管，冷却液体循环系统通过管路循环冷却液体，用于模拟定子电枢的冷却方式。

所述的一种定子电枢试验系统，其箱体框架被定子电枢左端板、定子电枢和定子电枢右端板轴向依次分隔成四个腔体，第一腔体由1#盖板、箱体框架、不导磁圆弧板和定子电枢左端板组成，第二腔体由中间部分、定子电枢的铁芯外表面和2#盖板组成，第三腔体由3#盖板、箱体框架、不导磁圆弧板和定子电枢右端板组成，第四腔体由不导磁圆弧板和定子电枢的铁芯外表面组成。

所述的一种定子电枢试验系统，其1#盖板和3#盖板均为底面带有密封槽、顶面带有玻璃观察的平板结构。

所述的一种定子电枢试验系统，其密封接线母排通过O型密封圈和螺钉安装固定于箱体框架的侧面，由绝缘底板、铜母排和压块等组成，所述的铜母排为裸铜母排以及由缠绕于裸铜母排局部外表面的玻璃纤维采用耐高温环氧树脂固化而成的耐高温玻璃钢组成，并通过O型密封圈和螺钉安装固定于绝缘底板上。

进一步，所述的绝缘底板采用电木板或环氧板。

所述的一种定子电枢试验系统，其不导磁圆弧板采用不锈钢材料或玻璃钢复合材料。

进一步，所述的不导磁圆弧板外表面与定子电枢内表面间隙配合，其四周与箱体框架焊接或粘接在一起。

本发明的目的之二是提供一种定子电枢的试验方法，基于上述试验系统，步骤为：

步骤1，将不导磁圆弧板与箱体框架焊接或粘接在一起，将真空压力浸渍的定子电枢放入箱体框架内，随后对定子电枢与箱体框架之间的间隙进行灌封处理，待树脂固化后，将定子电枢应变及温度传感器的测试引线与密封航空插头相连，绕组引线通过电缆与密封接线母排相连，然后采用O型密封圈和螺钉分别将1#盖板、3#盖板、定子电枢左端板、定子电枢右端板和箱体框架连接在一起，最后将密封航空插头通过测试引线与测试系统连接并安装固定，同时将密封接线母排通过电缆与变频器连接；

步骤2，通过打压设备，对定子电枢试验装置进行打压检漏测试，测试合格后，通过管路与冷却液体循环系统连接在一起；

步骤3，开启冷却液体循环系统，将冷却液体充满定子电枢试验装置的第一、第三以及第四腔体，调节冷却液体流量至额定流量，并保持冷却液体循环流动；

步骤4，通过变频器给定子电枢加载电流至等效电流，同时通过测试系统测试定子电枢的表面应变和温度，依据测试结果评估定子电枢在等效热负荷及额定流量下的强度和温升；

步骤5，调节冷却液体流量及等效电流，分别得到同一电流不同流量下的定子电枢温升曲线以及同一流量不同电流下的定子电枢温升曲线。

本发明的有益效果是：

首先，基于加工精度及框架焊接变形的影响，将定子电枢放置于框架后，两者之间的配合面会存在一定的间隙，该间隙不是恒定值，会存在一定的差异；为避免冷却液体进入第二个腔体，需要对定子电枢与框架之间的间隙进行密封处理，为很好地适应该间隙并填充之，本发明采用室温固化树脂进行灌封处理，这是由于树脂良好的流动性；另一方面，与焊接相比，采用树脂灌封的处理方式既降低了试验装置的加工难度，又提高了试验装置的可拆性，有利于试验完成后，观察定子电枢的使用情况。

其次，通过调节变频器的输出电流，可以模拟定子电枢在不同热负荷工况下的温升分布情况，得到定子电枢随热负荷变化的温升曲线；同时通过调节冷却液体循环系统的流量，可以得到定子电枢随流量变化的温升曲线，这些曲线将会为后续定子电枢的设计提供数据支撑。

最后，通过一对极定子电枢试验装置的研制，可以较好模拟等比例定子电枢在浸泡式液体冷却环境中的真实工作状态，通过测试定子电枢的应变和温度分布，获取相关参数，以此来验证浸泡式液体冷却方式是否能满足高热负荷定子电枢的温升要求以及其应力应变是否能满足定子电枢的强度要求。本发明结构巧妙可靠，简化了试验装置设计以及降低了试验成本，能满足浸泡式液体冷却定子电枢性能测试需求，其测试结果能够为特种电机的总体设计，尤其是浸泡式液体冷却定子电枢的设计提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明试验系统的结构示意图；

图2为本发明定子电枢试验装置的主视图；

图3为本发明定子电枢试验装置的侧视图；

图4为本发明盖板与框架的连接示意图；

图5为本发明定子电枢试验装置去除盖板后的结构示意图；

图6为本发明箱体框架的结构示意图；

图7为本发明带玻璃观察窗的盖板结构示意图；

图8为本发明密封接线母排的结构示意图；

图9为本发明铜母排的结构示意图。

各附图标记为：1—冷却液体循环系统，2—管路，3—定子电枢试验装置，4—电缆，5—测试引线，6—变频器，7—测试系统，31—底座，32—箱体框架，33—1#盖板，34—定子电枢，35—2#盖板，36—3#盖板，37—不导磁圆弧板，38—密封航空插头，39—密封接线母排，310—O型密封圈，311—室温固化树脂灌封，321—密封接线母排安装配合孔，322—框架侧面与密封航空插头安装配合孔，331—玻璃观察窗，332—压板，341—定子电枢左端板，342—进液管，343—出液管，344—定子电枢右端板，391—绝缘底板，392—铜母排，393—压块，394—O型密封圈，3921—裸铜母排，3922—耐高温玻璃钢。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

实施例1

如图1至图9所示，本发明结合浸泡式液体冷却定子电枢的实际工作状态，为简化试验装置及降低试验成本，提供一种定子电枢的性能测试系统及其试验方法，能满足浸泡式液体环境下，定子电枢的温升和应变考核需求，由一对极定子电枢试验装置3、冷却液体循环系统1、待实验定子电枢34、变频器6、测试系统7、管路2、电缆4、测试引线5等组成；所述的冷却液体循环系统1通过管路2为定子电枢试验装置3提供循环冷却液体；所述的定子电枢试验装置3由底座31、顶面开口两端面布置玻璃观察窗331的箱体框架32、带密封槽和观察窗的1#盖板33、2#盖板35、带密封槽和观察窗的3#盖板36、不导磁圆弧板37、密封航空插头38、密封接线母排39、O型密封圈310等部件组成；所述框架32，箱体框架32底面通过螺栓安装固定于底座31上，其内腔放置带进液管342和出液管343的定子电枢34；所述1#盖板33和3#盖板36，为底面带有密封圈槽，顶面带有玻璃观察窗331的平板结构，通过O型密封圈310和螺钉安装固定于框架32和定子电枢34端板上；

所述玻璃观察窗331，通过压板332、O型密封圈310和螺钉安装固定于1#盖板33和3#盖板36上；所述不导磁圆弧板37，采用玻璃钢复合材料，与定子电枢34内径间隙配合，四周与框架32通过室温固化树脂灌封311在一起。

所述密封接线母排39，由绝缘底板391、铜母排392和压块393等组成，通过O型密封圈394和螺钉安装固定于框架32侧面与密封接线母排安装配合孔321上；所述铜母排392，在裸铜母排3921外表面局部缠绕玻璃纤维，后采用耐高温环氧树脂固化成耐高温玻璃钢3922，通过O型密封圈394和螺钉安装固定于绝缘底板391上；所述绝缘底板391，采用环氧板；所述铜母排392，与变频器6通过电缆4相连。

所述冷却液体循环系统1，通过管路2与定子电枢3的进液管342和出液管343相连接，提供循环冷却液体，用于模拟一对极定子电枢的冷却方式；所述变频器6通过电缆4与试验装置3的密封接线母排39相连，为定子电枢34提供交流电，用于模拟一对极定子电枢的等效热负荷；所述测试系统7通过测试引线5与试验装置3的密封航空插头38相连，用于实时检测一对极定子电枢的温升及应变，并绘制曲线。

所述的箱体框架32被定子电枢左端板341、定子电枢34和定子电枢右端板344轴向依次分隔成四个腔体，第一腔体由1#盖板33、箱体框架32、不导磁圆弧板37和左定子电枢端板341组成，第二腔体由中间部分、定子电枢34的铁芯外表面和2#盖板35组成，第三腔体由3#盖板36、箱体框架32、不导磁圆弧板37和定子电枢右端板344组成，第四腔体由不导磁圆弧板37和定子电枢34的铁芯外表面组成；为避免冷却液体进入第二次腔体，在定子电枢34与框架32之间的间隙中，采用室温固化树脂进行灌封处理311。结合浸泡式液体冷却方案，为模拟实际工况，冷却液体流动路径为：冷却液体由冷却液体循环系统1通过进液管342进入第一个腔体，冷却定子线圈端部后，沿轴向进入第三个腔体，冷却定子线圈直线段后，流入第四个腔体，冷却定子线圈另一侧端部后，通过出液管343回流至冷却液体循环系统1，由此完成液体循环冷却；其中冷却液体填充的腔体有三个腔体，即第一个腔体，第三个腔体以及第四个腔体。

为监测定子电枢的应力应变和温度分布，所述的定子电枢34表面布置有单向或三向应变片以及热电偶PT100，所有传感器引线均通过固定安装于箱体框架32上的密封航空插头38引出。

实施例2：

与上述实施例不同的是：所述不导磁圆弧板37采用不锈钢材料，四周与框架32焊接在一起。

实施例3：

与上述实施例不同的是：所述绝缘底板391，采用电木板。

实施例4

是一种用于本发明浸泡式液体冷却定子电枢试验系统的试验方法，其步骤是：

步骤1，首先将不导磁圆弧板37（采用玻璃钢复合材料）与框架32粘接在一起，其次将真空压力浸渍的定子电枢34放入框架32内，随后对定子电枢34与框架32之间的间隙进行灌封处理，待树脂固化后，将定子电枢34应变及温度传感器的测试引线与密封航空插头38相连，绕组引线通过电缆与密封接线母排39相连，然后采用O型密封圈310和螺钉分别将1#盖板33、框架32和定子电枢左端板341以及3#盖板36、框架32和定子电枢右端板344连接在一起，最后将密封航空插头通过测试引线5与测试系统连接并安装固定于框架侧面与密封航空插头安装配合孔322上，以及将出线盒铜母排392通过电缆4与变频器6连接。

步骤2，通过打压设备，对试验装置3进行打压检漏测试，测试合格后，与冷却液体循环系统1通过管路2连接在一起。

步骤3，开启冷却液体循环系统1，将冷却液体充满试验装置3的第一、第三以及第四腔体，调节冷却液体流量至额定流量，并保持冷却液体循环流动。

步骤4，通过变频器6给定子电枢34加载电流至等效电流，同时通过测试系统7测试定子电枢表面应变和温度，依据测试结果评估定子电枢在等效热负荷及额定流量下的强度和温升。

步骤5，调节冷却液体流量及等效电流，分别得到同一电流不同流量下的定子电枢温升曲线以及同一流量不同电流下的定子电枢温升曲线。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种定子电枢试验系统，其特征在于：包括冷却液体循环系统（1）、定子电枢试验装置（3）、待实验定子电枢（34）、变频器（6）和测试系统（7）；

所述的冷却液体循环系统（1）通过管路（2）为定子电枢试验装置（3）提供循环冷却液体；

所述的定子电枢试验装置（3）由底座（31）、箱体框架（32）以及设于箱体框架（32）内的不导磁圆弧板（37）组成，所述的箱体框架（32）上设置有密封航空插头（38）和密封接线母排（39）；

所述的测试系统（7）通过测试引线（5）与密封航空插头（38）相连；

所述的变频器（6）通过电缆（4）与密封接线母排（39）相连；

所述定子电枢（34）上设置有应变片以及热电偶，所有测试引线与密封航空插头（38）相连；所述定子电枢（34）的绕组引线通过电缆与密封接线母排（39）相连；

所述的定子电枢（34）上设置有与管路（2）连接的进液管（342）和出液管（343）。

2.根据权利要求1所述的一种定子电枢试验系统，其特征在于，所述的箱体框架（32）被定子电枢左端板（341）、定子电枢（34）和定子电枢右端板（344）轴向依次分隔成四个腔体，第一腔体由1#盖板（33）、箱体框架（32）、不导磁圆弧板（37）和定子电枢左端板（341）组成，第二腔体由中间部分、定子电枢（34）的铁芯外表面和2#盖板（35）组成，第三腔体由3#盖板（36）、箱体框架（32）、不导磁圆弧板（37）和定子电枢右端板（344）组成，第四腔体由不导磁圆弧板（37）和定子电枢（34）的铁芯外表面组成。

3.根据权利要求2所述的一种定子电枢试验系统，其特征在于，所述的1#盖板（33）和3#盖板（36）均为底面带有密封槽、顶面带有玻璃观察窗（331）的平板结构。

4.根据权利要求1所述的一种定子电枢试验系统，其特征在于，所述的密封接线母排（39）通过O型密封圈（310）和螺钉安装固定于箱体框架（32）的侧面，由绝缘底板（391）、铜母排（392）和压块（393）组成，所述的铜母排（392）为裸铜母排（3921）以及由缠绕于裸铜母排（3921）局部外表面的玻璃纤维采用耐高温环氧树脂固化而成的耐高温玻璃钢（3922）组成，并通过O型密封圈（394）和螺钉安装固定于绝缘底板（391）上。

5.根据权利要求4所述的一种定子电枢试验系统，其特征在于，所述的绝缘底板（391）采用电木板或环氧板。

6.根据权利要求1所述的一种定子电枢试验系统，其特征在于，所述的不导磁圆弧板（37）采用不锈钢材料或玻璃钢复合材料。

7.根据权利要求6所述的一种定子电枢试验系统，其特征在于，所述的不导磁圆弧板（37）外表面与定子电枢（34）内表面间隙配合，其四周与箱体框架（32）焊接或粘接在一起。

8.一种定子电枢的试验方法，基于权利要求1至7任意一项所述的定子电枢试验系统，其特征在于，步骤为：

步骤1，将不导磁圆弧板（37）与箱体框架（32）焊接或粘接在一起，将真空压力浸渍的定子电枢（34）放入箱体框架（32）内，随后对定子电枢（34）与箱体框架（32）之间的间隙进行灌封处理，待树脂固化后，将定子电枢（34）应变及温度传感器的测试引线与密封航空插头（38）相连，绕组引线通过电缆与密封接线母排（39）相连，然后采用O型密封圈（310）和螺钉分别将1#盖板（33）、3#盖板（36）、定子电枢左端板（341）、定子电枢右端板（344）和箱体框架（32）连接在一起，最后将密封航空插头（38）通过测试引线（5）与测试系统（7）连接并安装固定，同时将密封接线母排（39）通过电缆（4）与变频器（6）连接；

步骤2，通过打压设备，对定子电枢试验装置（3）进行打压检漏测试，测试合格后，通过管路（2）与冷却液体循环系统（1）连接在一起；

步骤3，开启冷却液体循环系统（1），将冷却液体充满定子电枢试验装置（3）的第一、第三以及第四腔体，调节冷却液体流量至额定流量，并保持冷却液体循环流动；

步骤4，通过变频器（6）给定子电枢（34）加载电流至等效电流，同时通过测试系统（7）测试定子电枢（34）的表面应变和温度，依据测试结果评估定子电枢（34）在等效热负荷及额定流量下的强度和温升；

步骤5，调节冷却液体流量及等效电流，分别得到同一电流不同流量下的定子电枢温升曲线以及同一流量不同电流下的定子电枢温升曲线。