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无刷交流发电机的冷却

来源:www.cnsspc.com 作者:韦克威科技 时间:2022-05-12 14:56:52 点击:31次

提高可靠性和功率密度是飞机发电机的主要目标,采用合理和有效的冷却方式是提高可靠性和功率密度的重要途径。

飞机无刷交流电机有以下几种冷却方式:(1)自带风扇冷却,这是直升机上的无刷交流发电机采用的一种冷却方式,优点是电机结构简单,不依赖于其他设备。(2)自带风扇和强迫风冷的冷却方式,多用于固定翼飞机。飞机在地面时自带风扇冷却,可短期内提供发电机额定功率30%左右的电功率。飞机飞行时借助迎面气流或发动机增压后的空气冷却,这种冷却方式比自带风扇冷却效果更好。以上两种冷却方式均为通风冷却,必须合理设计电机的轴向通风道,以有效地带走电机的热量,避免出现局部热点。旋转整流管应设置在进风口附近,如果旋转整流管在空心轴内,则必须有一股气流进入空心轴。(3)循油冷却是20世纪60年代后期出现的冷却方式。恒速恒频电源的差动式机械液压恒速传动装置是借助于液压油工作的,装置内有完整的油路系统。因此借用-部分油来冷却电机是比较容易做到的。循油冷却电机将液压油引人电机转子的空心轴和定子壳体内的油路中,电机的热量通过传导方式传到滑油中。因此减少传热路径的热阻是改善循油冷却效果的关键。为了防止滑油进人电机内腔,循油电机转子两侧必须有动密封。动密封的静止部分与转动部分间有相对运动和摩擦.使密封件易发生故障.这是循油冷却的不足。(4)喷油冷却是继循油冷却后诞生的新的冷却方式,20世纪70年代开始得到应用。冷却油能否和电机导线外的绝缘材料直接接触,是否会伤害导线的绝缘层?试验表明采用聚酰亚胺绝缘的导线是和航空滑油相容的,从而可将滑油从电机转子上的喷嘴喷出,形成雾状微粒,直接用油雾带走转子绕组和定子绕组的热量。因为油雾只能和绕组的端部接触,处于槽内的导线热量是先传到绕组端部再由油雾带走,故喷油冷却电机和风冷电机-样为短而粗的结构,以利于散热。喷嘴必须使喷出的油雾化,小的油点打击绝缘会使绝缘损坏。防止喷嘴堵塞是喷嘴设计的另一关键。喷油电机的电机内腔中只能有油雾,不能积累滑油,常称为乾机匣,电机底部油池中累积的滑油由回油泵随时抽走,故回油泵的流量应大于注油泵的流量。由于喷出的油雾与电机腔内的空气接触,故回油泵抽取的是油气混合物,应有专门的油气分离器将油与空气分离,油才能再次使用。对于战斗机来说,为了满足倒飞的要求,必须使用全姿态油箱,即在倒飞时也能将油箱中的油抽出来,同时也能将电机内腔的油抽取出来。

对于恒速恒频电源,发电机冷却用油由齿轮差动液压恒装提供。有的飞机和直升机冷却油由发动机供给,黑鹰直升机就采用这种方式,这时电机回油泵后的油滤显得十分重要,它用于防止电机内的杂物进人发动机。变速恒频电源、变频交流电源和高压直流电源的发电机直接装在发动机上,多数都自带油冷系统,将发动机的滑油路与电机的分开,以消除电机对发动机工作产生影响。自带的油冷系统包括油箱、注油泵、回油泵、油滤、定压阀、安全阀、油器分离器和散热器等部件。此处通常还包括油箱油面指示器、电机进口油温、出口油温的测量,还有注油口和放油口等。

电机损耗一定时增加滑油流量,可降低油的温升,降低电机的温升。喷油冷却发电机滑油温升不超过10C。喷油冷却无刷发电机的滑油不仅带走了电机绕组和铁心产生的热量,也带走了轴承的热量,并润滑了轴承,从而使恒频发电机的转速从风冷时的6000r/min和8000r/min增加到了12000r/min或24000r/min。有的高压直流发电机的最高工作转速达30000r/min。一对极的360~800Hz变频交流发电机的最高工作转速达48000r/min,这和轴承的滑油润滑分不开的。同时轴承也从合金钢改用陶瓷轴承。

由于油的比重和热容量远高于空气,散热效果比气冷电机大幅度提高,喷油冷却电机的电磁负荷高于空气冷却电机,绕组导体的电流密度从自带风扇冷却时的10A/mm²,强迫风冷时的15A/mm²提高20A/mm²。铁钴钒高磁感应密度导磁材料的应用和电机转速的升高,使电机的功率密度大幅度增加。不仅如此,喷油冷却的恒频交流发电机的额定技术数据也有重要变化。喷油冷却电机的额定容量用两个数字表示,如60/75 kV . A发电机,其额定容量为60kV. A,但可在75kV. A下长期工作,150%过载为90 kV. A.200%过载为120kV.A。之所以可在75 kV. A下长期工作,就是因为散热效果更好。

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