箱式高壓電機冷卻系統設計分析

周振寶

摘 要：箱式高壓電機冷卻系統屬于一類比較復雜的空-空冷卻或空-水冷卻系統結構。從箱式高壓電機冷卻系統設計來看，潛在一些設計不合理問題。本次在分析箱式高壓電機冷卻系統設計問題的基礎上，進一步對箱式高壓電機冷卻系統設計優化方法進行分析，以期提高箱式高壓電機冷卻系統設計的合理性及科學性。

關鍵詞：箱式高壓電機；冷卻系統；設計

中圖分類號：TM302 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0134-01

對于箱式高壓電機冷卻系統來說，主要指的是封閉式電動機內腔空氣的熱量經傳遞至冷卻器，然后由冷卻器傳遞至電動機之外的介質的一種冷卻模式。通常情況下，箱式高壓電動機冷卻系統根據電動機內冷卻空氣流動方向，可分為三類：其一，徑向；其二，軸向；其三，混合式。電機則根據防護等級分為開起式和封閉式兩類，這兩類電機均采取徑向通風模式。但是，對于箱式高壓電機冷卻系統設計來說，尚且存在設計不合理問題。本文對“箱式高壓電機冷卻系統設計”進行分析意義重大。

1 冷卻器管的排列布局選

從現狀來看，冷卻管的形狀大部分是圓形管，只有少部分廠家使用的橢圓形管。然而，從實際情況來看，圓形管工藝在操作上比較簡單，且散熱性能優良。在冷卻器管排布方面，廠家主要采取的是矩形排布與M形布置[1]。對于這兩種布置方法來說，各有各的優勢，需根據廠家的實際情況加以明確。如選擇不當則會影響電機散熱能力，致使電機的溫升超標。結合試驗結果及應用經驗，一般如下選擇：（1）在2、4極電機上由于電機轉速較高，能夠產生的足夠的風壓，選擇矩形排布。此種排布能夠有效的減小冷卻器的高度，節省材料成本。（2）在6極及以上極數的電機上一般選擇M型排布形式，此種排列形式風路的風阻較小，能夠提高通風的效果，實測冷卻能力相對矩形排列要高。此種排布形式冷卻器的體積大。（3）設計時注意冷卻管間距的大小，對于矩形排布還需要注意冷卻器頂部預留高度的大小防止局部風阻的過大。

2 外風罩結構的設計

外風罩設計不夠合理問題體現在：風從豎直方向轉到水平的冷卻器方向很多廠家均使用彎脖結構，希望減小轉彎風阻，提高通風效果。實際結果由于慣性定律大量的風都集中到了風扇罩外徑出，找造成了冷卻器頂端風速特別高，下部冷卻器風速非常低，局部管出風速度接近零。此結果造成了冷卻管的大量浪費且降低了冷卻能力。為解決上述現象設計時可采用下述方法：

（1）增加縱向導風與橫向導風柵，調整好擋風柵空間布局及其各部件的安裝角度。（2）調整外風扇設計的形狀及其相對擋風柵的相對位置，確保擋風柵各網格內的風量盡可能均勻。由于擋風柵將冷卻器的進風口進行的分配，可以保證冷卻器管出風均勻。（3）在外風扇罩設計時可以根據有限元分析的結果進行初步設計，實際生產時可以根據實際情況調節。（4）一旦確定好相對位置關系后，要進行測繪定型。在制造時要嚴格按照尺寸要求進行焊接。經試驗如果不符合尺寸要求，偏差5mm即可能影響30%以上的風量分布。在外風罩設計不夠合理的情況下，還會存在難以對風量進行合理分配的狀況。嚴重影響電機的冷卻效果。

3 內風路各環節結構的設計

在風路設計過程中，總是存在著一些部位，出現通風面積不夠的問題，或出現結構復雜造成風路風阻特別大的問題。為此需要實施有效的優化設計方案。以箱式高壓電機進風口的優化設計為例，具體優化設計內容如下：

（1）問題分析。目前的箱式高壓電機，首先有必要符合現場安裝的基礎條件，或替代原本進口電機的要求。通常情況下，設計過程中電機安裝尺寸能夠滿足要求，但是內部冷卻風路設計卻難以滿足相應的要求。常因為鐵心長度與機座尺寸的限制，進而導致內部進風口偏小。通過計算發現，進風口進風量難以滿足電機冷卻所需要的風量。然而，又因為電機在安裝現場有一定的要求，不可增長機座。因此，便有必要采取其他改進方法。（2）優化設計方法。將筋板改成帶導風筒的擋風板，進而對2種結構的風路作有限元仿真。因為風路相對于電機軸心圓來說是對稱的，因此有必要計算徑向狹窄區域。經計算發現全新的風路風量略高于原來風路風量。進一步進行了相應的試驗，發現這次設計的結構使電機風量不夠的狀況得到有效解決，進而使安裝尺寸受到限制問題得到有效解決，同時也使得需要考慮冷卻風量的情況得到有效解決[2]。此外，從現在的市場來看，所需要的電機的種類非常之多，且存在很多非標準的電機。在這樣的情況下，便需要結合實際需要，設計優化的冷卻風路結構。當電機極數多轉速低的時候，風壓很難滿足冷卻系統的要求的情況下，可把上部冷卻器改成IC666冷卻結構形式，而電機內部轉子則不帶其他能夠產生風壓的零部件，僅依靠冷卻器上安裝的獨立存在的風機將電機內部冷卻系統循環帶動，進一步使冷卻電機的效果得到有效增強。

4 結語

綜上所述，確保箱式高壓電機冷卻系統的優化設計非常關鍵，對于此項設計目前尚且存在一些問題。因此，便需要保證冷卻器排列布局以及外風罩設計的合理性以及科學性。此外，還有必要對高壓電機進風口進行優化設計。相信從以上方面加以優化設計，箱式高壓電機冷卻效果將得到有效體現，進一步為增加冷卻電機的效果奠定基礎。

參考文獻

[1]張鳳閣，王秀平，賈廣隆，金石.無刷雙饋電機復合轉子結構參數的優化設計[J].電工技術學報，2014（01）：77-84.

[2]宋運雄，彭曉，劉萬太.繞線型無刷雙饋電機的有限元分析[J].湖南工程學院學報（自然科學版），2013（02）：5-8.