CN109361277B - 大型同步电机定子冷却结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了大型同步电机定子冷却结构，包括定子齿，定子齿上设有定子槽、第一水道，第一水道设置在定子槽两侧，定子槽内设有上层绕组和下层绕组，上层绕组和下层绕组之间设有层间绝缘，上层绕组和下层绕组周围设有主绝缘，主绝缘上设有第二水道，定子槽内设有槽楔，槽楔与下层绕组之间设有垫条；上层绕组和下层绕组由若干排股线组成，若干排所述股线之间设有排间绝缘，股线包括交替布置的实心导线组和空心导线，实心导线组和空心导线之间，以及实心导线组内部的实心导线之间设有匝间绝缘，空心导线内部设有第三水道，第一水道、第二水道和第三水道内通有冷却介质。提高了上层绕组、下层绕组和定子齿的冷却效果，提高了电机安全稳定运行能力。
Description
技术领域
本发明涉及同步电机技术领域，特别涉及一种大型同步电机定子冷却结构。
背景技术
由于制造材料和运输条件的限制，大型电机的体积不能做的过大。为了提高发电机的单机容量，并保证长期可靠运行，只有在保证机体结构紧凑的情况下来加强冷却。当水作为冷却介质时，将比用气体(如空气、氢)或者油作冷却介质时具有更大的散热能力，现有技术中，大型电机多采用水内冷系统。大型电机的定子槽一般有上下两根线棒，每个线棒有实心导线组和空心导线组合而成，这样一部分实心导线的热耗穿过薄的匝间绝缘由空心导线内的水带走，但是还有一部分实心导线靠近主绝缘同时远离空心导线，它产生的热耗不能散发出去，使绕组的局部温升升高。
一般冷却介质从冷却器出来以后，先对转子进行冷却，然后由气隙进入定子径向通风沟，对定子和绕组进行冷却，这样已经对转子进行冷却的冷却介质温度已经很高，会对定子的冷却造成一定的影响，定子产生的热耗不能被带走。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种大型同步电机定子冷却结构；本发明通过在定子齿上设置第一水道，降低了定子齿的温度，通过第二水道和第三水道协同作用，降低了上层绕组和下层绕组的温度，通过设置第一水道、第二水道和第三水道，使电机的定子得到充分冷却，提高了上层绕组、下层绕组和定子齿的冷却效果，电机的定子得到充分冷却，解决了现有水内冷电机冷却效果差、温升严重的问题，提高了电机安全稳定运行的能力。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种大型同步电机定子冷却结构，包括定子齿，所述定子齿上设有定子槽、若干第一水道，所述第一水道设置在定子槽两侧，所述定子槽内设有上层绕组和下层绕组，所述上层绕组和下层绕组之间设有层间绝缘，所述上层绕组和下层绕组周围均设有主绝缘，所述主绝缘上设有若干第二水道，所述定子槽内还设有槽楔，所述槽楔与下层绕组之间设有垫条；
所述上层绕组和下层绕组均由若干排股线组成，若干排所述股线之间设有排间绝缘，所述股线包括交替布置的实心导线和空心导线，所述实心导线组和空心导线之间，以及实心导线组内部的实心导线之间均设有匝间绝缘，所述空心导线内部设有第三水道，所述第一水道、第二水道和第三水道内均通有冷却介质。
所述空心导线的截面为矩形，所述空心导线的上截面大于空心导线的下截面。
所述第三水道的截面长度为7-9mm，所述第三水道的截面宽度不小于2mm。
所述定子槽两侧分别设置四个第一水道。
所述冷却介质的流速为1-4m/s。
所述实心导线组包括四个实心导线，所述股线从外至内依次为交替设置的若干个实心导线组和若干个空心导线，最外侧为实心导线组或空心导线，相对应地，最内侧为空心导线或实心导线组，相邻股线的实心导线组和空心导线的设置顺序颠倒。
所述第二水道设置在最外侧或最内侧为实心导线组的股线的一侧。
所述第二水道与实心导线组的距离为1-2mm。
每排所述股线中均设有三个空心导线，所述空心导线的内壁上涂覆有绝缘层，该绝缘层起到绝缘作用，防止击穿。
所述第一水道、第二水道和第三水道与所述股线平行设置。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1.本发明通过在定子齿上设置第一水道，降低了定子齿的温度，通过第二水道和第三水道协同作用，降低了上层绕组和下层绕组的温度，通过设置第一水道、第二水道和第三水道，使电机的定子得到充分冷却，提高了上层绕组、下层绕组和定子齿的冷却效果，提高了电机安全稳定运行的能力，解决了现有水内冷电机冷却效果差、温升严重的问题。
另外，第二水道的设置位置能够降低位于最外侧或最内侧的实心导线组的温度，并且不会影响定子槽的利用率。
2.通过空心导线的内壁上涂覆有绝缘层，该绝缘层起到绝缘作用，防止击穿。
3.由于空心导线的截面为矩形，空心导线的上截面大于空心导线的下截面，上截面的电阻减小、电流增大，使得上截面和下截面的电流分配更均匀，能够有效降低涡流损耗，减少热量的产生，避免了当上截面与下截面相等时，由于集肤效应引起的的上截面的电流小于下截面的电流，带来的电流分配不均匀，造成的局部产生的热耗多、不能即使散发出去，使绕组的局部温升过高引起的定子绕组等的损坏。
4.通过实心导线组包括四个实心导线，股线从外至内依次为交替设置的若干个实心导线组和若干个空心导线，最外侧为实心导线组或空心导线，相对应地，最内侧为空心导线或实心导线组，相邻股线的实心导线组和空心导线的设置顺序颠倒，第二水道与设置在最外侧或最内侧的实心导线组的距离为1-2mm，第二水道能够有效降低设置在最外侧或最内侧为实心导线组的温升，避免绕组的局部温升过高引起的定子绕组等的损坏。
5.通过本发明的第一水道、第二水道和第三水道的冷却作用，能够降低主绝缘、层间绝缘、匝间绝缘和排间绝缘的耐热等级要求，节省了绝缘材料的制造和使用成本，有效地降低了水内冷电机上层绕组和下层绕组的涡流损耗以及温升，冷却均匀，减少了设备和安全事故发生的概率，提高了电机安全稳定运行的能力，提高了经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的大型同步电机定子冷却结构示意图；
图2为本发明中的空心导线截面示意图；
其中：1-上层绕组，2-下层绕组，3-层间绝缘，4-匝间绝缘，5-主绝缘，6-槽楔，7-垫条，8-定子齿，9-实心导线，10-空心导线，11-第一水道，12-第二水道，13-第三水道，14-上截面，15-下截面，16-排间绝缘。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种大型同步电机定子冷却结构，以解决上述现有技术存在的问题，使电机的定子得到充分冷却。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图2所示：本实施例提供了一种大型同步电机定子冷却结构，包括定子齿8，定子齿8上设有若干第一水道11，定子齿8上还设有定子槽，若干第一水道11设置在定子槽两侧，根据电机的容量调节第一水道11的个数，第一水道11能够有效降低定子齿8的温升。本实施例中，定子槽两侧分别设置四个第一水道11。定子槽内设有上层绕组1和下层绕组2，上层绕组1和下层绕组2之间设有层间绝缘3，上层绕组1和下层绕组2周围均设有主绝缘5，主绝缘5上设有若干第二水道12，定子槽内还设有槽楔6，槽楔6与下层绕组2之间设有垫条7；上层绕组1和下层绕组2均由若干排股线组成，若干排股线之间设有排间绝缘16，股线包括交替布置的实心导线组和空心导线10，本实施例中，每排股线中均设有三个空心导线10和三个实心导线组。实心导线组和空心导线10之间以及实心导线组内部的实心导线9之间均设有匝间绝缘4。
空心导线10的内壁上涂覆有绝缘层。空心导线10的截面为矩形，空心导线10的上截面14大于空心导线10的下截面15。根据集肤效应，当上截面14与下截面15相等时，上截面14的电流小于下截面15的电流，因此电流分配不均匀，本实施例中，上截面14的面积大于下截面15的面积，根据公式R＝ρL/S，上截面14的电阻减小，电流增大，进而上截面14和下截面15的电流分配更均匀，空心绕组采用上截面14大、下截面15小的结构，可以有效降低涡流损耗，减少热量的产生。空心导线10内部设有第三水道13。第三水道13的截面长度为7-9mm，第三水道13的截面宽度不小于2mm。
实心导线组包括四个实心导线9，股线从外至内依次为交替设置的若干个实心导线组和若干个空心导线10，且最外侧为实心导线组或空心导线10，最内侧为空心导线10或实心导线组，相邻的股线的实心导线组和空心导线10的设置顺序颠倒。本实施例中，股线为两排。第二水道12设置在最外侧或最内侧为实心导线组的股线的一侧。第二水道12与设置在最外侧或最内侧的实心导线组的距离为1-2mm，第二水道12有效降低了设置在最外侧或最内侧为实心导线组的温升。
第一水道11、第二水道12和第三水道13与股线平行设置。第一水道11、第二水道12和第三水道13内均通有冷却介质，冷却介质的流速为1-4m/s。本实施例中，冷却介质为冷却水，冷却水的流速的大小根据电机的单机容量和定子上层绕组1和下层绕组2中通有的电流大小来确定。
本实施例通过在定子齿8上设置第一水道11，降低了定子齿8的温度，本实施例第二水道12和第三水道13协同作用，降低了上层绕组1和下层绕组2的温度，第二水道12设置的位置能够降低位于最外侧或最内侧的实心导线组的温度，并且不会影响定子槽的利用率。因此，本实施例通过设置第一水道11、第二水道12和第三水道13，提高了上层绕组1、下层绕组2和定子齿8的冷却效果，提高了电机安全稳定运行的能力，解决了现有水内冷电机冷却效果比较差、温升比较严重的问题。并且，本实施例中第三水道13的上截面14大于下截面15，能够减少涡流损耗的产生，从而减少热量的产生。
本实施例结构简单，可以降低主绝缘5、层间绝缘3、匝间绝缘4和排间绝缘16的耐热等级要求，节省了绝缘材料的成本，有效地降低了水内冷电机上层绕组1和下层绕组2的涡流损耗以及温升，冷却均匀，减少了事故发生的概率，提高了电机安全稳定运行的能力。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种大型同步电机定子冷却结构，其特征在于：包括定子齿，所述定子齿上设有定子槽、若干第一水道，所述第一水道设置在定子槽两侧，所述定子槽内设有上层绕组和下层绕组，所述上层绕组和下层绕组之间设有层间绝缘，所述上层绕组和下层绕组周围均设有主绝缘，所述主绝缘上设有若干第二水道，所述定子槽内还设有槽楔，所述槽楔与下层绕组之间设有垫条；
所述上层绕组和下层绕组均由若干排股线组成，若干排所述股线之间设有排间绝缘，所述股线包括交替布置的实心导线和空心导线，实心导线组和空心导线之间，以及实心导线组内部的实心导线之间均设有匝间绝缘，所述空心导线内部设有第三水道，所述第一水道、第二水道和第三水道内均通有冷却水，冷却水的流速的大小根据电机的单机容量和定子上层绕组和下层绕组中通有的电流大小来确定；
通过在定子齿上设置第一水道降低定子齿的温度，通过第二水道和第三水道协同作用降低上层绕组和下层绕组的温度，通过第二水道设置的位置降低位于最外侧或最内侧的实心导线组的温度；通过设置第一水道、第二水道和第三水道，提高上层绕组、下层绕组和定子齿的冷却效果；降低主绝缘、层间绝缘、匝间绝缘和排间绝缘的耐热等级要求；
所述实心导线组包括四个实心导线，所述股线从外至内依次为交替设置的若干个实心导线组和若干个空心导线，最外侧为实心导线组或空心导线，相对应地，最内侧为空心导线或实心导线组，相邻股线的实心导线组和空心导线的设置顺序颠倒；
所述第二水道设置在最外侧或最内侧为实心导线组的股线的一侧；所述第三水道的截面长度为7-9mm，所述第三水道的截面宽度不小于2mm；
所述定子槽两侧分别设置四个第一水道。
2.根据权利要求1所述的大型同步电机定子冷却结构，其特征在于：所述空心导线的截面为矩形，所述空心导线的上截面大于空心导线的下截面。
3.根据权利要求1所述的大型同步电机定子冷却结构，其特征在于，所述冷却介质的流速为1-4m/s。
4.根据权利要求1所述的大型同步电机定子冷却结构，其特征在于：所述第二水道与实心导线组的距离为1-2mm。
5.根据权利要求1所述的大型同步电机定子冷却结构，其特征在于：每排所述股线中均设有三个空心导线，所述空心导线的内壁上涂覆有绝缘层。
6.根据权利要求1所述的大型同步电机定子冷却结构，其特征在于：所述第一水道、第二水道和第三水道与所述股线平行设置。
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