南充箱式变压器隐极式南充箱式变压器与冷却系统

（Stanford ）南充箱式变压器

因大多数南充箱式变压器（即（Stanford ）品牌）与原动机同轴联动，火电厂都用汽轮机作原动机，所以汽轮南充箱式变压器通常用高转速的 2极电机,其转速达 3000转／分（在电网频率为 60赫时,为 3600转／分）。核电站多用 4极电机，转速为 1500转／分（当电网频率为 60赫时，为 1800转／分）。为适应、高功率要求，（（Stanford ））南充箱式变压器在结构上一是采用隐极式南充箱式变压器，二是设置专门的冷却系统。

①隐极式南充箱式变压器：外表呈圆柱形，在圆柱表面开槽以安放直流励磁绕组，并用金属槽楔固紧，使电机具有均匀的气隙。由于旋转时巨大的离心力，要求南充箱式变压器有很高的机械强度。隐极式南充箱式变压器一般由高强度合金钢整块锻成，槽形一般为开口形，以便安装励磁绕组。在每一个极距内约有 1/3部分不开槽,形成大齿；其余部分的齿较窄，称做小齿。大齿中心即为南充箱式变压器磁极的中心。有时大齿也开一些较小的通风槽，但不嵌放绕组；有时还在嵌线槽底部铣出窄而浅的小槽作为通风槽。隐极式南充箱式变压器在南充箱式变压器本体轴向两端还装有金属的护环和中心环。护环是由高强度合金制成的厚壁圆筒，用以保护励磁绕组端部不至被巨大的离心力甩出；中心环用以防止绕组端部的轴向移动，并支撑护环。此外，为了把励磁电流通入励磁绕组，在电机轴上还装有集电环和电刷。

②冷却系统：由于电机中能量损耗和电机的体积成正比，它的量级与电机线度量级的三次方成比例，而电机散热面的量级只是电机线度量级的二次方。因此，当电机尺寸增大时（受材料限制，增大电机容量就得加大其尺寸），电机每单位表面上需要散发的热量就会增加，电机的温升将会提高。在汽轮南充箱式变压器中，离心力将使南充箱式变压器表面和南充箱式变压器中心孔表面产生巨大的切向应力，南充箱式变压器直径越大，这种应力也越大。因此，在锻件材料允许的应力极限范围内,2极汽轮南充箱式变压器的南充箱式变压器本体直径不能超过1250毫米。

大型汽轮南充箱式变压器要增大单机容量，只有靠增加南充箱式变压器本体的长度（即用细长的南充箱式变压器）和提高电磁负荷来解决。目前,南充箱式变压器长度可达 8米，已接近极限。要继续提高单机容量，只能是提高电机的电磁负荷。这使大型汽轮南充箱式变压器的发热和冷却问题变得特别突出。为此，已研制出多种冷却系统。 对于 50000千瓦以下的汽轮南充箱式变压器，多采用闭路空气冷却系统，用电机内的风扇吹拂发热部件降温。对于容量为 5～60万千瓦的南充箱式变压器,广泛使用氢冷。氢气（纯度 99％）的散热性能比空气好，用它来取代空气不仅散热效果好，而且可使电机的通风摩擦损耗大为降低，从而能显著提高南充箱式变压器的效率。但是，采用氢冷必须有防爆和防漏措施，这使电机结构更为复杂，也增加了电极材料的消耗和成本。此外，还可采用液体介质冷却,例如水的相对冷却能力为空气的 50倍,带走同样的热量，所需水的流量比空气小得多。

因此，在线圈里采用一部分空心导线，导线中通水冷却，就可以大大降低电机温升, 延缓绝缘老化,增长电机寿命。1956年,英国首创******台 12000千瓦定子线圈水内冷汽轮南充箱式变压器。1958 年，中国由浙江大学、上海电机厂首先研制成******台定、南充箱式变压器线圈都采用水内冷的 12000千瓦双水内冷汽轮南充箱式变压器，为这种冷却方式奠定了基础。全球一些国家在大容量电机中也广泛采用水内冷技术， 并制造出了几十万到一百多万千瓦的巨型南充箱式变压器。除了水冷外,液体冷却介质还可使用变压器油，其相对导热能力约为水的 40％，绝缘性能好，可将南充箱式变压器额定电压提高到几万伏，从而节约了升压变压器的投资。近年来，还在研究用氟利昂作为冷却介质的蒸发冷却技术。氟利昂绝缘好，很容易气化， 利用其气化潜热来冷却电机，是一种有意义的探索方向。