同期発電機の冷却

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同期発電機の冷却：方法、利点、制限

冷却の重要性

冷却は同期発電機の動作において重要な側面です。自然な冷却機構では、交流発電機内で発生する大量の熱を放出するには不十分です。これを解決するために強制空冷システムが採用されます。このようなシステムでは、空気が積極的に発電機に送り込まれ、その表面に多くの空気が通過することで効果的に大量の熱を取り除きます。閉回路通風システムは特に同期発電機の冷却を強化するのに効果的です。この設定では、発電機からの熱いクリーンな空気は水冷式熱交換器によって冷却され、ファンを使用して発電機内に戻されます。

冷却空気との接触面積を最大化するために、スタータコアとロータコア、および発電機のフィールドコイルにダクトが組み込まれます。これらのダクトは、所望の空気流れパターンに応じて径方向または軸方向に配置できます。

径方向通風システム

説明

径方向通風システムでは、冷却空気はスタータのエアギャップを通じてダクトに入り、スタータの裏側に向かって径方向に流れ、その後取り除かれます。

利点

エネルギー損失が少ない：通風に必要なエネルギーが最小限に抑えられ、全体的な効率に貢献します。
汎用性：このシステムは小型機器から大型機器まで幅広く適用できるため、さまざまな発電機サイズで柔軟な選択肢となります。

制限

サイズとコンパクトさ：通風ダクトはアーマチャ長の約20%を占めることもあり、機械がよりコンパクトになりません。

熱放出：他の冷却システムと比較して、径方向通風システムは相対的に低い熱放出を提供します。場合によっては、冷却空気の流量の変動によりシステムの安定性が損なわれる可能性があります。

軸方向通風システム

説明

この方法では、空気がスタータとロータの穴によって作られた通路を通じて軸方向に強制的に流されます。

性能と制限

軸方向通風システムは非常に効果的ですが、軸方向の長さが大きい機械には適していません。その主な欠点は熱伝達の不均一性です。軸方向ダクトを通じて空気が移動するにつれて温まり、機械の排気部は冷却が不足する傾向があります。

周方向通風

説明

周方向通風では、空気はスタータコアの外周の1つまたは複数のポイントで供給され、その後ラミネーション間のダクトを通じて指定された排出口へと周方向に強制的に流されます。この方法により、ダクト面積を増やすことができます。

組み合わせと考慮事項

特定の場合には、周方向通風が径方向通風システムと組み合わされます。しかし、二つの空気流れが干渉しないように注意が必要です。このような干渉を防ぐために、交互の径方向ダクトの外側表面は通常閉鎖されています。

冷却空気の要件

効果的な冷却のために使用される空気は清潔で塵が含まれていない必要があります。塵粒子はダクトを詰まらせ、断面積を減らし、結果として熱伝導による熱伝達効率を低下させます。清潔な空気を確保するために、一般的に空気フィルターとチーズクロスフィルターが使用されます。場合によっては、空気はスプレー室で洗浄されます。また、ほとんどの場合、空気はウォーターコーラーによって冷却され、再利用のために再循環されます。

空気冷却の制限

設備とコスト：大容量の機械では、空気を循環させるために必要なファンが大きくなり、多くの電力を消費します。これにより補助設備が必要となり、高価になることがあります。

容量の制約：空気冷却が安全な動作温度を維持するのに十分な評価を超えると、最適な評価が存在します。

同期発電機の水素冷却

水素冷却システムでは、水素ガスが冷却媒体として機能します。「同期発電機の水素冷却」の記事でこの方法について詳しく探求することができます。

同期発電機の直接水冷却

適用

500 MW以上の大型ターボ発電機から熱を排出するには、水素冷却は不十分です。このような機械に必要な大量の水素ガスは経済的に非現実的になることがあります。これらのケースでは、直接水冷却が採用されます。非常に大きなターボ発電機では、ロータはしばしば水素で冷却され、スタータ巻線は直接脱塩水で冷却されます。水はACモーター駆動の遠心ポンプを使用して循環され、カートリッジフィルターを使用して不純物を取り除きます。これらのフィルターは、巻線や配管で生成される金属腐食粒子が巻線の中空導体に入らないように特別に設計されています。

水素冷却に対する利点