一种兼具提高运行性能与冷却能力的汞内冷异步电机转子的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种异步电机转子，具体涉及一种兼具提高运行性能与冷却能力的汞内冷异步电机转子，属于电气工程技术领域。
【背景技术】
[0002]异步电机广泛应用于国民经济各行业和军事装备中，异步电机的启动和稳定运行是科学技术与工程界关注的重要问题，也是亟待解决和进一步完善的核心问题。随着异步电机容量的增加，转子侧电磁损耗相应增加，特别是电力机车、混合动力汽车、油田抽油、舰艇推进等领域用的异步电机具有较高的电磁负荷和热负荷，异步电机转子电磁损耗的集聚会引起电机发热，将直接关系到电机的出力、效率等性能指标，同时也影响到绕组绝缘寿命。如果转子的热量不及时散发，一方面会引起电机转子局部过热，另一方面转子侧的热应力会引起电机结构变形，严重时可能诱发转子断条事故的发生。
[0003]此外，异步电机的启动过程是异步电机动态运行过程中的一个关键问题，通常采用变频启动或串电阻启动方式来实现异步电机的顺利启动，然而异步电机变频启动会对电网造成谐波污染，串电阻启动所需辅助设备又比较繁琐。因此，开发一种兼具增强异步电机转子冷却效果和提高电机运行能力的新型异步电机至关重要。
【发明内容】
[0004]在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0005]鉴于此，本发明提供了一种兼具提高运行性能与冷却能力的汞内冷异步电机转子，以至少解决技术问题是:如何提高异步电机启动时的转矩，同时对异步电机启动和稳定运行时的转子进行有效的冷却，及时带走电机启动和稳定运行时转子铜耗与铁心损耗聚集在转子上的热量，防止断条事故的发生，保障电机转子健康的长效性，提高电机的安全、可靠运行的能力。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种兼具提高运行性能与冷却能力的汞内冷异步电机转子，所述异步电机转子分为上层绕组和下层绕组，所述上层绕组和下层绕组设置在转子槽中，所述下层绕组为由液态冷却介质流动形成的闭合导电回路，采用绝缘隔离结构来密封冷却介质，所述绝缘隔离结构为笼型结构，绝缘隔离结构包括下层右端环、下层左端环以及一组圆形管，所述一组圆形管用于连接下层右端环和下层左端环，下层右端环与上层绕组的上层右端环平齐，下层左端环在轴向伸出上层绕组的上层左端环一定距离，下层左端环的伸出部分沿其圆周方向开设有第一周向孔，第一周向孔作为冷却介质入口，第一周向孔由固定的环形套圈罩住，固定的环形套圈设置在定子的端部绕组的外侧，固定的环形套圈由支撑架支撑，固定的环形套圈的内侧设有凹形槽，凹形槽处设置有第二周向孔，第一周向孔与第二周向孔吻合对接，固定的环形套圈上引出一对冷却介质管道，其中一个冷却介质管道为冷却介质输入管，另一个冷却介质管道为冷却介质输出管，冷却介质输入管和冷却介质输出管与安装在电机机座外的冷却器连接。
[0007]进一步地:所述冷却介质为液态汞和液态水。电机启动时绝缘隔离结构内通入液态水、不通入液态汞；电机稳定运行时绝缘隔离结构内停止通入液态水、改为通入液态汞，实现电机的高转矩运行，并提高电机的冷却能力。下层绕组采用流动的液态汞作为导体，一方面实现电机转子自冷却，降低温升过高引起的转子热应力集中，另一方面实现高起动转矩的启动性能。
[0008]进一步地:所述固定的环形套圈采用软橡胶材料制成。如此设置，固定的环形套圈与液态汞和液体水相互之间均不发生化学反应;电机运行时旋转的下层左端环始终被软质环形套圈包裹，软橡胶材质的固定的环形套圈与绝缘隔离结构之间实现柔性连接。
[0009]进一步地:所述冷却介质管道为高强度钢化玻璃管。
[0010]进一步地:所述圆形管的截面积大于上层绕组的每根绕组的截面积。
[0011 ]进一步地:所述冷却介质输入管上设置有控制阀门。用于切换液态汞与液态水的输入，便于实现电机启动时通入液态水，稳定运行时通入液态汞。
[0012]进一步地:所述上层绕组和下层绕组设置在同一转子槽中。如此设置，可以提高电机启动过程时对上层绕组的冷却能力。
[0013]进一步地:所述上层绕组和下层绕组分设在两个转子槽中。如此设置，提高下层绕组输入液态汞的灵活性。
[0014]进一步地:所述上层绕组为铜或铝制成的转子上层绕组。
[0015]本发明提出的一种兼具提高运行性能与冷却能力的汞内冷异步电机转子所达到的效果为:汞内冷异步电机转子设置为两套独立绕组，一组为常规的铜或铝制成的转子上层绕组，另一组为由液态汞流动形成的闭合导电回路构成的转子下层绕组，在电机启动时，转子电流频率较高，绝缘隔离管内不通入液态汞，这时可以依靠上笼较大的电阻，产生较大的启动转矩;此时，向隔离管道内通水，起到对电机转子水内冷的作用。在电机启动后向绝缘隔离管内通入液态汞，由于电机启动后转子电流频率降低，电流将集中于电阻较小的液态金属汞构成的绕组回路;此时，向隔离管内通入液态汞，一方面实现由液态汞对异步电机自冷却的效果，另一方面液态汞作为异步电机的转子导电体起到实现机电能量转换的作用。这种新型的异步电机转子可以有效避免以往异步电机采用变频启动对电网造成谐波污染以及串电阻启动所需辅助设备繁琐的问题。本发明所公开的兼具提高启动性能与冷却能力的汞内冷异步电机转子有效地解决以往异步电机从启动到稳定运行过渡过程中转子冲击电流大、瞬时温度高、启动转矩不足的问题;该新型异步电机转子有效地防止转子铁心与上层绕组过热，防止转子断条事故的发生，提高电机频繁启动时转子的使用寿命，保证电机安全、稳定运行。
【附图说明】
[0016]图1是根据本发明的实施例的一种兼具提高运行性能与冷却能力的汞内冷异步电机转子的整体结构图；
[0017]图2是根据本发明的实施例的汞内冷异步电机的上层绕组结构；
[0018]图3是根据本发明的实施例的汞内冷异步电机启动时通水的下层绕组结构；
[0019]图4是根据本发明的实施例的汞内冷异步电机运行时通汞的下层绕组结构；
[0020]图5是根据本发明的实施例的始终通入液态汞时电机转矩与滑差关系；
[0021]图6是根据本发明的实施例的不通入液态汞时电机转矩与滑差关系；
[0022]图7是根据本发明的实施例的电机启动后再通入液态汞的电机转矩与滑差关系。
[0023]图中:1-上层绕组;2-下层绕组；3-液态汞;4-绝缘隔离结构；5-液态水;6_下层右端环;7-圆形管;8-下层左端环;9-第一周向孔；10-固定的环形套圈；11-第二周向孔；12-1冷却介质输入管；12-2冷却介质输出管；13-电机机座；14-冷却器；15-支撑架；16-控制阀门；17-定子;18-端部绕组；19-1上层右端环；19-2上层左端环。
【具体实施方式】
[0024]在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来