大型电机的发热与冷却

前言

第一章 冷却技术与大型电机的发展

第二章 电机发热与冷却的基本问题

第三章 流体力学基本原理及其在电机中的应用

第四章 传热学原理及其在电机中的应用

第五章 采用空气冷却的汽轮发电机

第六章 采用氢气冷却的汽轮发电机

第七章 采用水冷却的汽轮发电机

第八章 采用水、氢冷却及油、氢和油、水冷却的汽轮发电机

第九章 水轮发电机的发热与冷却

第十章 大型交、直流电机和调相机的发热与冷却

第十一章 蒸发冷却及其在电机中的应用

第十二章 风扇和冷却器

第十三章 电机发热与冷却的测量技术

附录一 两种单位制的换算

附录二 国际冷却方式（IC）冷却回路

附录三 电机温升极限

附录四 由铜电阻变化求温度变化

附录五 电机常用材料的热膨胀系数

附录六 国内外大型及巨型汽轮发电机一览表

附录七 国内外大型水冷和水、空冷水轮发电机一览表

附录八 全国主要大型电机厂和研究所简介 2100433B

本书介绍了国内外大型电机的发展与相应的冷却技术的发展和进步，流体动力学与传热学原理在电机发热与通风、冷却方面的应用和计算方法。

当前我国经济已经进入了一个新的发展阶段，大型企业和大型装备越来越多，大型电机（5000kW～60000kW）的应用越来越多，大型电机的起动方法也越来越受到人们的重视。

社会发展是有阶段性的。在不同阶段，人们的生产手段、生产工具和生活用品都有很大的不同。上世纪80～90年代，我国的经济实力尚较薄弱，当时的小水泥和小钢铁发展很快，1000kW～4000kW电机的应用增长很快，与当时的经济基础相适应的液态起动装置出现，它经济实用，解决了电机起动中的一些问题。对当时的经济发展起到了一定的作用。到世纪之交时期，我国经济实力已有较大的发展，生产手段和生产工具亦有了较大发展，电机容量也有了很大增长，人们开始不满足液态起动装置的低性能，于是晶闸管串联式（固态）软起动装置的应用开始增加，继而又出现了开关变压器式软起动装置和磁饱和电抗器式（磁控）起动装置，变频装置用于电机软起动的情况也越来越多，当前这四种产品是大型电机起动市场的主流产品，液态起动装置则应用在小型（5000kW以下）电机上较多。另外，两种老式起动方法（自耦变压器和变压器-电动机组）也常常出现在20000kW以下电机的起动上。

大型电机驱动的设备一般都是企业的核心设备，直接影响企业的生产状况，因此人们应该对其起动给予特别的关注，合理的选择起动装置将给企业带来很大的经济效益。但是电机起动技术毕竟不是一个企业的核心技术，许多企业的电气工作者很少有时间来研究各种起动方法之间的差别，往往会造成不恰当的选择，有时甚至不得不做出第二次选择，给企业造成不应有的损失。因此，如实地说明各种起动方法的性能及其差别是非常重要的。

电动机直接全压起动的危害性及软起动好处

⒈ 引起电网电压波动，影响同电网其它设备的运行

交流电动机在全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的4~7倍，当电机的容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压的急剧下降，影响同电网其它设备的正常运行。

软起动时，起动电流一般为额定电流的2~3倍，电网电压波动率一般在10%以内，对其它设备的影响非常小。

⒉ 对电网的影响

对电网的影响主要表现在两个方面：

①超大型电机直接起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定。

②起动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。

软起动时起动电流大幅度降低，以上影响可完全免除。

⒊ 伤害电机绝缘，降低电机寿命

①大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。

②大电流产生的机械力使导线相互摩擦，降低绝缘寿命。

③高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。

软起动时，最大电流降低一半左右，瞬间发热量仅为直起的1/4左右，绝缘寿命会大大延长；软起时电机端电压可以从零起调，可完全免除过电压伤害。

⒋电动力对电机的伤害

大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。

软起动时，由于最大电流小，则冲击力大大减轻。

⒌ 对机械设备的伤害

全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。

软起动的转矩不会超过额定转矩，上述弊端可以完全克服。

当采用减压起动时，上述危害只有一定程度的降低；当采用软起动时，上述危害几乎完全消失；独立变压器供电方式直接起动只能在电网电压波动方面有所缓解，而其它方面的危害都照样存在。

超大型电动机的价值都很高，在生产中也都起着核心作用。它的一点故障便会造成很大的经济损失，对它采用完善的保护是非常必要的。比如说对一台电机我们不能指望它的各处绝缘都是完全一致的，可能在某一点就有个薄弱环节，出厂试验时它能通过，但在长时间的冲击下这个薄弱环节会逐渐首先显露出来，使其寿命缩短。如果我们采取软起动，则可以大大延长电机的使用寿命，这两种方案哪一个合算呢？这是显而易见的。