1.3　隔爆電動機的冷卻方式

隔爆電動機是普通臥式電機中的一種，所以，介紹一下臥式電機的冷卻方式。在電機運行期間，內部各部件上的溫度應始終保持在絕緣材料和金屬材料所允許的限度以內，為此必須將運行時電機內部各部件上由于能量轉換、電磁作用和機械轉動摩擦所產生的損耗熱，傳遞給周圍運動的冷卻介質（常規如空氣、氫氣、油、水或其他介質等）。為了保證大型臥式電機的冷卻效果，通常進行整體密封處理，冷卻介質還要將吸收的熱量傳遞給專門的冷凝器，通過冷凝器內的熱交換后，上述損耗才能轉移到電機外。與立式電機相比，臥式電機的熱負荷要高出許多，所以慎重選擇、設計冷卻方式對于臥式電機尤為重要。

一般冷卻方式與電機的功率、尺寸、電磁負荷損耗密度有關，與冷卻介質的物理性能參數及其與發熱部件接觸的方式有關，與電機所用的絕緣材料等級及金屬材料的熱物理性能有關，還與電機的效率、經濟性和壽命有關。為了提高電磁負荷和材料的利用率，最好的途徑是增大單機容量，這主要是依靠電機冷卻技術的改進來實現的。比如中小型臥式電機絕大部分是采用強迫空氣流動冷卻電機，而在大型電機中，冷卻方式隨容量、轉速、電壓等級的不同而不同，經過生產實踐長期累積基本上逐步形成了一定規律，由于不同國家、不同制造企業具體條件和生產水平的差異，大型電機冷卻方式的劃分又存在很大的差別。現以汽輪發電機為例，隔爆電動機與此類似，可以參考，世界各國針對不同電機容量已有冷卻方式的劃分情況，見表1-1。

根據冷卻介質的不同，臥式電機的冷卻方式可以分成空氣冷卻、氫氣冷卻及水冷卻等幾種，這些均是發展比較成熟了的常規冷卻方式。

（1） 空氣冷卻系統

一般小型異步電機多采用閉路循環系統，小型同步電機和直流電機及中型電機則采用開路循環系統。在風路設計上以軸向系統居多，也有采用的是徑向和軸向混合的系統。不論采用何種風路系統，利用空氣冷卻的電機共同特點是，結構比較簡單，成本較低，冷卻效果較差，特別是在高速臥式電機中，引起的摩擦損耗很大，所以在我國50MW以上的電機很少使用空冷方式。但是，10MW以下電動機的大部分仍然主要采用空氣冷卻，而直流電機中，空冷幾乎是其唯一的冷卻方式。

（2） 氫氣冷卻系統

用氫氣代替空氣作為冷卻介質，主要是因為氫氣具備熱導率大、密度小、不助燃、抑制電暈等優點。最初氫氣冷卻僅限于繞組表面，但絕緣層內的溫度下降很小，這導致氫外冷冷卻效果不十分理想。隨后開始出現在實心銅線中加進若干根空心不銹鋼管，讓氫氣從鋼管中流過以導出銅線的熱量，即定子氫內冷方式，還可以將繞組由實心銅線改為空心銅線制成。到目前為止，氫內冷電機形式繁多，現在世界各國生產的500MW以下汽輪發電機，氫冷占重要地位。但氫冷也有其不利一面，如需要增加專門的供氫設備和控制設備，進而增加了額外的投資與維修費用，其通風系統結構也較空冷系統復雜，而且在一定條件下，還可能發生爆炸。

（3） 水冷卻系統

如果將水的電導率控制在一定的極限之內，水是非常好的冷卻介質，它具有較大的質量熱容和熱導率。在大型電機中，用水冷卻繞組時，是讓水從制成空心的繞組銅線內流過，用水冷卻鐵芯時，在鐵芯的軛部加裝冷卻水管來帶走熱量。但是，在上述的水系統中，一旦水發生泄漏，將極大威脅到電機的絕緣系統，導致惡性的故障。

上述三種冷卻方式的冷卻效果呈遞級式增強，與之相應的是電機主要參數線負荷的增大、定轉子電流密度也明顯增加，表1-2給出的是臥式電機不同冷卻方式下的熱負荷。

表中線負荷的變化對電機設計的總體水平意義重大，若線負荷增加，則交、直軸電抗即X'_d、X'_q、X″_d增大，隨之電機動態穩定性下降，為了彌補這種下降，在提高線負荷A_s的同時，氣隙磁密B_δ也應提高，氣隙長度也應增大，這樣可以得到較高的電機利用系數，則在不增加材料的基礎上可以提高單機容量，或者在同等容量等級下減小電機的主要尺寸與體積，這時電機定轉子銅耗雖然相應增加，但只要強化冷卻技術，能夠使材料消耗降低，電機的效率也會提高。在以往的常規臥式電機中，相比較而言，全水冷所用的材料最少，氫-水冷次之，空冷電機消耗的材料最多。