探索电机冷却新篇章

在现代电机技术中，高电磁负荷设计已成为主流，这不仅提高了材料的使用效率，也使得电机单体容量有了显著提升。面对这一变化，电机的冷却系统也必须进行优化，以增强其散热性能。虽然小型或特殊电机有其独特的冷却方式，但大多数电机普遍依赖风扇强制空气流动来实现有效冷却。

回顾电机冷却系统的发展历程，我们可以追溯到1928年，当时同步调相机成功采用氢气作为冷却介质，旨在提升电网功率因数。实验证明，氢气冷却能有效减少气体机械摩擦损耗，并显著提升散热能力。使用氢气冷却的电机，其容量可提升20~25%甚至更多，效率也相应提高。在随后的二十多年间，汽轮发电机迅速推广了氢气冷却技术。自1950年代起，大容量电机，尤其是汽轮发电机，开始采用内部冷却系统，即导体产生的热量直接传递给冷却介质，无需通过绝缘材料。起初，内部冷却系统普遍使用氢气作为冷却介质，随后为了进一步提升冷却效果，液体（水或油）也被用作冷却介质。

1955年，英国茂伟电机公司成功制造出一台30000千瓦的汽轮发电机，定子采用水内冷，转子采用常规氢冷，其电负荷比空气冷却时提高了4~5倍，而绕组温升未超过允许值。我国在定转子绕组均采用水内冷的双水内冷汽轮发电机的研究和制造方面取得了显著成就。如今，世界各国在深入研究现有冷却方式的同时，也在探索包括低温超导技术在内的新冷却方式。根据冷却介质的不同，电机冷却系统可分为多种类型。在此，我们将重点探讨以空气为冷却介质的空气冷却系统。

皖南电机，作为国内电机行业的佼佼者，其产品在空气冷却系统方面表现出色。采用空气冷却的电机结构简单，成本较低，但冷却效果相对较差，在高速电机中摩擦损耗较大。空气冷却通风系统的结构类型繁多，以下将从以下几个方面介绍其基本特点：

1. 开路冷却（自由循环）与闭路冷却（封闭循环）：开路冷却的电机，冷却空气从电机周围吸入，经过电机后再排放到周围环境中；闭路冷却的电机，初级冷却介质在电机内循环流动，通过结构件或冷却器将热量传递给第二冷却介质。

2. 径向、轴向和混合式通风系统：根据电机内冷却空气流动的方向，空气冷却系统可分为径向、轴向和混合式三种。径向通风系统利用转子上能产生风压的部件（如风道片、磁极等）的鼓风作用，应用广泛；轴向通风系统便于安装直径较大的风扇，增加通风量，但冷却不均匀，不利于利用转子上部件的鼓风作用。混合式通风系统兼具轴向和径向两种通道，但通常偏重一种。

3. 吸入式与压入式：根据冷却空气的流动顺序，空气冷却系统可分为吸入式和压入式。吸入式冷却能力较高，冷空气首先与电机的发热部分接触；压入式冷却空气先通过风扇，被风扇加热后再与电机的发热部分接触。

4. 外冷与内冷：采用空气冷却的系统一般采用外冷或表面冷却方式，但为了提高冷却能力，也有采用内冷方式的情况，如水轮发电机的励磁绕组可采用空气内冷。内冷系统结构复杂，对冷却气体要求严格，因此在采用空气作为冷却介质的电机中应用较少。

总之，皖南电机在空气冷却系统方面具有丰富的研发经验和成熟的技术，为我国电机行业的发展做出了重要贡献。