一種分布式脈沖功率源電抗器冷卻方法及其系統技術方案

本發明專利技術公開了一種分布式脈沖功率源電抗器冷卻方法及其系統，將相變冷媒通過節流降壓后通入電抗器的冷卻端面，利用相變冷媒節流后的低溫特性及液態冷媒汽化吸熱對脈沖功率源電抗器進行冷卻。本發明專利技術采用相變冷媒作為冷卻工質，通過控制液態冷媒流量使其在電抗器內部的汽化吸熱過程對電抗器進行冷卻，冷卻速率快、效率高，可控性好，冷卻系統對電抗器整體結構的影響小，有效解決了電抗器內電極附近區域局部過熱問題，提高了電抗器運行的可靠性與穩定性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電抗器散熱冷卻
，特別是一種分布式脈沖功率源電抗器冷卻方法及其系統。
技術介紹
功率源電抗器是電磁發射、電子激光器及脈沖強磁場應用領域中的關鍵部件，為獲得脈沖強磁場或瞬間的脈沖能量，向功率源電抗器中通入脈沖寬度為幾毫秒甚至幾微秒的脈沖強電流，即脈沖波。在脈沖功率源電抗器的制作中，為保證層間的絕緣及強度，通常采用銅繞組、絕緣層和加固層相間繞制的結構，構成分布式脈沖功率源電抗器，分布式脈沖功率源電抗器為在空間和時間上不連續分布的一類電抗器，具有間歇周期性、瞬時性和非均勻性等特點。分布式脈沖功率源電抗器工作時，脈沖電流施加于銅繞組的電極，因脈沖電流在銅繞組的電阻發熱效應及電抗器內磁場渦流致熱效應，電抗器會在極短的脈沖時間內積累大量的能量，使電抗器溫度迅速上升，如電抗器得不到及時有效的冷卻，會導致脈沖功率源電抗器的能量轉換效率降低，并在電抗器溫度達到極限溫度后可能導致電抗器燒毀而失效。因分布式脈沖功率源電抗器為銅繞組、絕緣層、加固層相間結構的纏繞體，結構緊湊、體積小，在脈沖時間內發熱量大，且熱量集中于銅繞組層，故在脈沖電流結束后電抗器內溫度為層間非均勻分布，在溫度梯度下，累積于銅帶繞組的熱量會在層間擴散傳導。而因電抗器緊湊結構，使得電抗器的冷卻比表面積小，且電抗器層間的絕緣層導熱性能差，進一步惡化電抗器的冷卻條件。因此，在周期性脈沖電流作用下如何有效控制電抗器溫度不超限是分布式脈沖功率源電抗器可靠工作的關鍵。為解決電抗器的散熱冷卻問題，目前國內外對電抗器的散熱冷卻開展了相應的研究工作，并取得了一定的研究成果。如中國專利200820021053. I中公開了一種繞組內冷媒冷卻式變壓器或電抗器(李曉雨，王春龍.繞組內冷媒冷卻式變壓器或電抗器，技術專利，申請號200820021053. 1，申請日2008. 4. 17)，該電抗器線圈繞組導線采用中空導線，利用冷媒在中空導線內流動換熱對電抗器進行冷卻。采用該中空結構電抗器冷卻效果好，但僅適于幾何尺度較大或結構簡單的電抗器冷卻，而對結構緊湊、體積小且為多層相間的分布式電抗器冷卻系統而言，在保證電抗器功能前提下難以實現電抗器結構的小型化及電抗器結構的穩定性。2006年華中科技大學碩士學位論文公開了一種70T脈沖強磁場電抗器低溫冷卻方案(黃志峰,70T脈沖強磁場磁體低溫冷卻模型與實驗研究，華中科技大學，碩士學位論文，2006)，該冷卻方案針對在強脈沖負荷期間電抗器內大量熱量瞬間累積特點，采用液氮浴冷卻方式對電抗器進行冷卻并取得了良好的冷卻效果，但因液氮標準沸點溫度低，采用液氮浴冷卻方式對電抗器的承壓、密封、材料的耐溫、隔熱防護及電抗器的結構設計提出更高要求，且液氮浴冷卻系統的成本過高，不利于系統運行的經濟性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種分布式脈沖功率源電抗器冷卻方法及其系統，以解決現有技術中對電抗器承壓、密封要求高或難以實現電抗器結構緊湊與小型化的問題，以達到在保證電抗器技術指標條件下對電抗器的經濟有效冷卻，使其安全可靠運行，并實現電抗器結構設計的緊湊與小型化。實現本專利技術目的的技術解決方案為一種分布式脈沖功率源電抗器冷卻方法，將相變冷媒通過節流降壓后通入電抗器的冷卻端面，利用相變冷媒節流后的低溫特性及液態冷媒汽化吸熱對脈沖功率源電抗器進行冷卻。—種分布式脈沖功率源電抗器冷卻系統,包括電抗器、內電極、外電極、冷卻空腔、環氧筒、氣態冷媒出口、供液口、外接相變冷媒供液系統，電抗器由銅帶、絕緣層、加固層疊加后緊密繞制而成的多匝纏繞體，多匝纏繞體中，銅帶在內層，絕緣層在中間，加固層在外層；電抗器設置在環氧筒內并由該環氧筒包裹緊固，電抗器的一個軸向端面與環氧筒的底端面填充緊固，該環氧筒的開口端設置密封蓋，該密封蓋與電抗器的另一個軸向端面形成封閉的冷卻腔體，用作相變冷媒對電抗器進行冷卻的傳熱面并容納供入的液體相變冷媒；在環氧筒或密封蓋上設置與冷卻空腔上部連通的氣態冷媒出口，用于排放吸熱汽化后的氣態冷媒；所述的電抗器中的銅帶位于多匝纏繞體外緣側的端頭連接外電極，并伸出環氧筒的底端面，銅帶位于多匝纏繞體中心側的端頭連接內電極，該內電極伸出冷卻空腔外的一端設置供液口，內電極為兩端封閉的中空銅軸，供液口與內電極中心的空心通道聯通，該供液口與外接相變冷媒供液系統連接。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點(I)本專利技術采用相變冷媒作為冷卻工質，通過控制液態冷媒流量使其在電抗器內部的汽化吸熱過程對電抗器進行冷卻，冷卻速率快、效率高，可控性好，冷卻系統對電抗器整體結構的影響小。(2 )本專利技術通過中空內電極向電抗器供液，并以電抗器內環面及端面為冷卻界面，強化了相變冷媒在電抗器內部的換熱效果，有效解決了電抗器內電極附近區域局部過熱問題，提高了電抗器運行的可靠性與穩定性。(3)本專利技術提出了冷媒直供冷卻與封閉環路冷卻方法及系統，使電抗器冷卻系統更靈活，可擴展性與適應性更強。在具有結構緊湊及對電抗器總體容積控制要求較高且脈沖負荷強度較大的電抗器散熱與冷卻應用場合，本專利技術尤為適用。下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細描述。附圖說明圖I是本專利技術的一種分布式脈沖功率源電抗器冷卻系統的結構示意圖。圖2是本專利技術的另一種分布式脈沖功率源電抗器冷卻系統的結構示意圖。具體實施例方式本專利技術分布式脈沖功率源電抗器冷卻方法，將相變冷媒通過節流降壓后通入電抗器的冷卻端面，利用相變冷媒節流后的低溫特性及液態冷媒汽化吸熱對脈沖功率源電抗器進行冷卻。結合圖I和圖2，實現上述分布式脈沖功率源電抗器冷卻方法的分布式脈沖功率源電抗器冷卻系統，包括電抗器I、內電極5、外電極6、冷卻空腔7、環氧筒8、氣態冷媒出口9、供液口 12、外接相變冷媒供液系統，電抗器I由銅帶2、絕緣層3、加固層4疊加后緊密繞制而成的多匝纏繞體，多匝纏繞體中，銅帶2在內層，絕緣層3在中間，加固層4在外層；電抗器I設置在環氧筒8內并由該環氧筒8包裹緊固，電抗器I的一個軸向端面與環氧筒8的底端面填充緊固，該環氧筒8的開口端設置密封蓋，該密封蓋與電抗器I的另一個軸向端面形成封閉的冷卻腔體7，用作相變冷媒對電抗器I進行冷卻的傳熱面并容納供入的液體相變冷媒；在環氧筒8或密封蓋上設置與冷卻空腔7上部連通的氣態冷媒出口 9，用于排放吸熱汽化后的氣態冷媒；所述的電抗器I中的銅帶2位于多匝纏繞體外緣側的端頭連接外電極6，并伸出環氧筒8的底端面，銅帶2位于多匝纏繞體中心側的端頭連接內電極5，該內電極5伸出冷卻空腔7外的一端設置供液口 12，內電極5為兩端封閉的中空銅軸，供液口 12與內電極5中心的空心通道聯通，該供液口 12與外接相變冷媒供液系統連接。本專利技術分布式脈沖功率源電抗器冷卻系統的內電極5的銅軸的外表面開有沿軸向和圓周方向相互聯通的凹槽10 (凹槽根據需要開設個數，如軸向和圓周方向各4-5個)，沿軸向方向相互聯通的凹槽與冷卻空腔7連通，沿圓周方向的凹槽槽底開設均勻分布的聯通小孔11，該聯通小孔11與內電極5中心的空心通道聯通。所述的外接相變冷媒供液系統可以是高壓冷媒存儲罐13、冷媒供液管14、流量調節裝置15，高壓冷媒存儲罐13通過冷媒供液管14與供液口 12連接，該冷媒供液管14設有用于供液量調節的流量調節裝置15。所述的流量調節裝置15采用手動膨脹閥、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分布式脈沖功率源電抗器冷卻方法，其特征在于：將相變冷媒通過節流降壓后通入電抗器的冷卻端面，利用相變冷媒節流后的低溫特性及液態冷媒汽化吸熱對脈沖功率源電抗器進行冷卻。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：余延順，董健年，劉佳，楊威，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：