大型電機的發(fā)熱與冷卻

前言

第一章 冷卻技術與大型電機的發(fā)展

第二章 電機發(fā)熱與冷卻的基本問題

第三章 流體力學基本原理及其在電機中的應用

第四章 傳熱學原理及其在電機中的應用

第五章 采用空氣冷卻的汽輪發(fā)電機

第六章 采用氫氣冷卻的汽輪發(fā)電機

第七章 采用水冷卻的汽輪發(fā)電機

第八章 采用水、氫冷卻及油、氫和油、水冷卻的汽輪發(fā)電機

第九章 水輪發(fā)電機的發(fā)熱與冷卻

第十章 大型交、直流電機和調(diào)相機的發(fā)熱與冷卻

第十一章 蒸發(fā)冷卻及其在電機中的應用

第十二章 風扇和冷卻器

第十三章 電機發(fā)熱與冷卻的測量技術

附錄一 兩種單位制的換算

附錄二 國際冷卻方式（IC）冷卻回路

附錄三 電機溫升極限

附錄四 由銅電阻變化求溫度變化

附錄五 電機常用材料的熱膨脹系數(shù)

附錄六 國內(nèi)外大型及巨型汽輪發(fā)電機一覽表

附錄七 國內(nèi)外大型水冷和水、空冷水輪發(fā)電機一覽表

附錄八 全國主要大型電機廠和研究所簡介 2100433B

本書介紹了國內(nèi)外大型電機的發(fā)展與相應的冷卻技術的發(fā)展和進步，流體動力學與傳熱學原理在電機發(fā)熱與通風、冷卻方面的應用和計算方法。

當前我國經(jīng)濟已經(jīng)進入了一個新的發(fā)展階段，大型企業(yè)和大型裝備越來越多，大型電機（5000kW～60000kW）的應用越來越多，大型電機的起動方法也越來越受到人們的重視。

社會發(fā)展是有階段性的。在不同階段，人們的生產(chǎn)手段、生產(chǎn)工具和生活用品都有很大的不同。上世紀80～90年代，我國的經(jīng)濟實力尚較薄弱，當時的小水泥和小鋼鐵發(fā)展很快，1000kW～4000kW電機的應用增長很快，與當時的經(jīng)濟基礎相適應的液態(tài)起動裝置出現(xiàn)，它經(jīng)濟實用，解決了電機起動中的一些問題。對當時的經(jīng)濟發(fā)展起到了一定的作用。到世紀之交時期，我國經(jīng)濟實力已有較大的發(fā)展，生產(chǎn)手段和生產(chǎn)工具亦有了較大發(fā)展，電機容量也有了很大增長，人們開始不滿足液態(tài)起動裝置的低性能，于是晶閘管串聯(lián)式（固態(tài)）軟起動裝置的應用開始增加，繼而又出現(xiàn)了開關變壓器式軟起動裝置和磁飽和電抗器式（磁控）起動裝置，變頻裝置用于電機軟起動的情況也越來越多，當前這四種產(chǎn)品是大型電機起動市場的主流產(chǎn)品，液態(tài)起動裝置則應用在小型（5000kW以下）電機上較多。另外，兩種老式起動方法（自耦變壓器和變壓器-電動機組）也常常出現(xiàn)在20000kW以下電機的起動上。

大型電機驅(qū)動的設備一般都是企業(yè)的核心設備，直接影響企業(yè)的生產(chǎn)狀況，因此人們應該對其起動給予特別的關注，合理的選擇起動裝置將給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟效益。但是電機起動技術畢竟不是一個企業(yè)的核心技術，許多企業(yè)的電氣工作者很少有時間來研究各種起動方法之間的差別，往往會造成不恰當?shù)倪x擇，有時甚至不得不做出第二次選擇，給企業(yè)造成不應有的損失。因此，如實地說明各種起動方法的性能及其差別是非常重要的。

電動機直接全壓起動的危害性及軟起動好處

⒈ 引起電網(wǎng)電壓波動，影響同電網(wǎng)其它設備的運行

交流電動機在全壓直接起動時，起動電流會達到額定電流的4~7倍，當電機的容量相對較大時，該起動電流會引起電網(wǎng)電壓的急劇下降，影響同電網(wǎng)其它設備的正常運行。

軟起動時，起動電流一般為額定電流的2~3倍，電網(wǎng)電壓波動率一般在10%以內(nèi)，對其它設備的影響非常小。

⒉ 對電網(wǎng)的影響

對電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：

①超大型電機直接起動的大電流對電網(wǎng)的沖擊幾乎類似于三相短路對電網(wǎng)的沖擊，常常會引發(fā)功率振蕩，使電網(wǎng)失去穩(wěn)定。

②起動電流中含有大量的高次諧波，會與電網(wǎng)電路參數(shù)引起高頻諧振，造成繼電保護誤動作、自動控制失靈等故障。

軟起動時起動電流大幅度降低，以上影響可完全免除。

⒊ 傷害電機絕緣，降低電機壽命

①大電流產(chǎn)生的焦耳熱反復作用于導線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。

②大電流產(chǎn)生的機械力使導線相互摩擦，降低絕緣壽命。

③高壓開關合閘時觸頭的抖動現(xiàn)象會在電機定子繞組上產(chǎn)生操作過電壓，有時會達到外加電壓的5倍以上，這樣高的過電壓會對電機絕緣造成極大傷害。

軟起動時，最大電流降低一半左右，瞬間發(fā)熱量僅為直起的1/4左右，絕緣壽命會大大延長；軟起時電機端電壓可以從零起調(diào)，可完全免除過電壓傷害。

⒋電動力對電機的傷害

大電流在電機定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會造成夾緊松動、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。

軟起動時，由于最大電流小，則沖擊力大大減輕。

⒌ 對機械設備的傷害

全壓直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩大約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機械設備上，會加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速風葉疲勞甚至折斷風葉等等。

軟起動的轉(zhuǎn)矩不會超過額定轉(zhuǎn)矩，上述弊端可以完全克服。

當采用減壓起動時，上述危害只有一定程度的降低；當采用軟起動時，上述危害幾乎完全消失；獨立變壓器供電方式直接起動只能在電網(wǎng)電壓波動方面有所緩解，而其它方面的危害都照樣存在。

超大型電動機的價值都很高，在生產(chǎn)中也都起著核心作用。它的一點故障便會造成很大的經(jīng)濟損失，對它采用完善的保護是非常必要的。比如說對一臺電機我們不能指望它的各處絕緣都是完全一致的，可能在某一點就有個薄弱環(huán)節(jié)，出廠試驗時它能通過，但在長時間的沖擊下這個薄弱環(huán)節(jié)會逐漸首先顯露出來，使其壽命縮短。如果我們采取軟起動，則可以大大延長電機的使用壽命，這兩種方案哪一個合算呢？這是顯而易見的。