箱式高压电机冷却系统设计分析

周振宝

摘 要：箱式高压电机冷却系统属于一类比较复杂的空-空冷却或空-水冷却系统结构。从箱式高压电机冷却系统设计来看，潜在一些设计不合理问题。本次在分析箱式高压电机冷却系统设计问题的基础上，进一步对箱式高压电机冷却系统设计优化方法进行分析，以期提高箱式高压电机冷却系统设计的合理性及科学性。

关键词：箱式高压电机；冷却系统；设计

中图分类号：TM302 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0134-01

对于箱式高压电机冷却系统来说，主要指的是封闭式电动机内腔空气的热量经传递至冷却器，然后由冷却器传递至电动机之外的介质的一种冷却模式。通常情况下，箱式高压电动机冷却系统根据电动机内冷却空气流动方向，可分为三类：其一，径向；其二，轴向；其三，混合式。电机则根据防护等级分为开起式和封闭式两类，这两类电机均采取径向通风模式。但是，对于箱式高压电机冷却系统设计来说，尚且存在设计不合理问题。本文对“箱式高压电机冷却系统设计”进行分析意义重大。

1 冷却器管的排列布局选

从现状来看，冷却管的形状大部分是圆形管，只有少部分厂家使用的椭圆形管。然而，从实际情况来看，圆形管工艺在操作上比较简单，且散热性能优良。在冷却器管排布方面，厂家主要采取的是矩形排布与M形布置[1]。对于这两种布置方法来说，各有各的优势，需根据厂家的实际情况加以明确。如选择不当则会影响电机散热能力，致使电机的温升超标。结合试验结果及应用经验，一般如下选择：（1）在2、4极电机上由于电机转速较高，能够产生的足够的风压，选择矩形排布。此种排布能够有效的减小冷却器的高度，节省材料成本。（2）在6极及以上极数的电机上一般选择M型排布形式，此种排列形式风路的风阻较小，能够提高通风的效果，实测冷却能力相对矩形排列要高。此种排布形式冷却器的体积大。（3）设计时注意冷却管间距的大小，对于矩形排布还需要注意冷却器顶部预留高度的大小防止局部风阻的过大。

2 外风罩结构的设计

外风罩设计不够合理问题体现在：风从竖直方向转到水平的冷却器方向很多厂家均使用弯脖结构，希望减小转弯风阻，提高通风效果。实际结果由于惯性定律大量的风都集中到了风扇罩外径出，找造成了冷却器顶端风速特别高，下部冷却器风速非常低，局部管出风速度接近零。此结果造成了冷却管的大量浪费且降低了冷却能力。为解决上述现象设计时可采用下述方法：

（1）增加纵向导风与横向导风栅，调整好挡风栅空间布局及其各部件的安装角度。（2）调整外风扇设计的形状及其相对挡风栅的相对位置，确保挡风栅各网格内的风量尽可能均匀。由于挡风栅将冷却器的进风口进行的分配，可以保证冷却器管出风均匀。（3）在外风扇罩设计时可以根据有限元分析的结果进行初步设计，实际生产时可以根据实际情况调节。（4）一旦确定好相对位置关系后，要进行测绘定型。在制造时要严格按照尺寸要求进行焊接。经试验如果不符合尺寸要求，偏差5mm即可能影响30%以上的风量分布。在外风罩设计不够合理的情况下，还会存在难以对风量进行合理分配的状况。严重影响电机的冷却效果。

3 内风路各环节结构的设计

在风路设计过程中，总是存在着一些部位，出现通风面积不够的问题，或出現结构复杂造成风路风阻特别大的问题。为此需要实施有效的优化设计方案。以箱式高压电机进风口的优化设计为例，具体优化设计内容如下：

（1）问题分析。目前的箱式高压电机，首先有必要符合现场安装的基础条件，或替代原本进口电机的要求。通常情况下，设计过程中电机安装尺寸能够满足要求，但是内部冷却风路设计却难以满足相应的要求。常因为铁心长度与机座尺寸的限制，进而导致内部进风口偏小。通过计算发现，进风口进风量难以满足电机冷却所需要的风量。然而，又因为电机在安装现场有一定的要求，不可增长机座。因此，便有必要采取其他改进方法。（2）优化设计方法。将筋板改成带导风筒的挡风板，进而对2种结构的风路作有限元仿真。因为风路相对于电机轴心圆来说是对称的，因此有必要计算径向狭窄区域。经计算发现全新的风路风量略高于原来风路风量。进一步进行了相应的试验，发现这次设计的结构使电机风量不够的状况得到有效解决，进而使安装尺寸受到限制问题得到有效解决，同时也使得需要考虑冷却风量的情况得到有效解决[2]。此外，从现在的市场来看，所需要的电机的种类非常之多，且存在很多非标准的电机。在这样的情况下，便需要结合实际需要，设计优化的冷却风路结构。当电机极数多转速低的时候，风压很难满足冷却系统的要求的情况下，可把上部冷却器改成IC666冷却结构形式，而电机内部转子则不带其他能够产生风压的零部件，仅依靠冷却器上安装的独立存在的风机将电机内部冷却系统循环带动，进一步使冷却电机的效果得到有效增强。

4 结语

综上所述，确保箱式高压电机冷却系统的优化设计非常关键，对于此项设计目前尚且存在一些问题。因此，便需要保证冷却器排列布局以及外风罩设计的合理性以及科学性。此外，还有必要对高压电机进风口进行优化设计。相信从以上方面加以优化设计，箱式高压电机冷却效果将得到有效体现，进一步为增加冷却电机的效果奠定基础。

参考文献

[1]张凤阁，王秀平，贾广隆，金石.无刷双馈电机复合转子结构参数的优化设计[J].电工技术学报，2014（01）：77-84.

[2]宋运雄，彭晓，刘万太.绕线型无刷双馈电机的有限元分析[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2013（02）：5-8.