一种分布式脉冲功率源电抗器冷却方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式脉冲功率源电抗器冷却方法及其系统，将相变冷媒通过节流降压后通入电抗器的冷却端面，利用相变冷媒节流后的低温特性及液态冷媒汽化吸热对脉冲功率源电抗器进行冷却。本发明专利技术采用相变冷媒作为冷却工质，通过控制液态冷媒流量使其在电抗器内部的汽化吸热过程对电抗器进行冷却，冷却速率快、效率高，可控性好，冷却系统对电抗器整体结构的影响小，有效解决了电抗器内电极附近区域局部过热问题，提高了电抗器运行的可靠性与稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电抗器散热冷却
，特别是一种分布式脉冲功率源电抗器冷却方法及其系统。
技术介绍
功率源电抗器是电磁发射、电子激光器及脉冲强磁场应用领域中的关键部件，为获得脉冲强磁场或瞬间的脉冲能量，向功率源电抗器中通入脉冲宽度为几毫秒甚至几微秒的脉冲强电流，即脉冲波。在脉冲功率源电抗器的制作中，为保证层间的绝缘及强度，通常采用铜绕组、绝缘层和加固层相间绕制的结构，构成分布式脉冲功率源电抗器，分布式脉冲功率源电抗器为在空间和时间上不连续分布的一类电抗器，具有间歇周期性、瞬时性和非均匀性等特点。分布式脉冲功率源电抗器工作时，脉冲电流施加于铜绕组的电极，因脉冲电流在铜绕组的电阻发热效应及电抗器内磁场涡流致热效应，电抗器会在极短的脉冲时间内积累大量的能量，使电抗器温度迅速上升，如电抗器得不到及时有效的冷却，会导致脉冲功率源电抗器的能量转换效率降低，并在电抗器温度达到极限温度后可能导致电抗器烧毁而失效。因分布式脉冲功率源电抗器为铜绕组、绝缘层、加固层相间结构的缠绕体，结构紧凑、体积小，在脉冲时间内发热量大，且热量集中于铜绕组层，故在脉冲电流结束后电抗器内温度为层间非均匀分布，在温度梯度下，累积于铜带绕组的热量会在层间扩散传导。而因电抗器紧凑结构，使得电抗器的冷却比表面积小，且电抗器层间的绝缘层导热性能差，进一步恶化电抗器的冷却条件。因此，在周期性脉冲电流作用下如何有效控制电抗器温度不超限是分布式脉冲功率源电抗器可靠工作的关键。为解决电抗器的散热冷却问题，目前国内外对电抗器的散热冷却开展了相应的研究工作，并取得了一定的研究成果。如中国专利200820021053. I中公开了一种绕组内冷媒冷却式变压器或电抗器(李晓雨，王春龙.绕组内冷媒冷却式变压器或电抗器，技术专利，申请号200820021053. 1，申请日2008. 4. 17)，该电抗器线圈绕组导线采用中空导线，利用冷媒在中空导线内流动换热对电抗器进行冷却。采用该中空结构电抗器冷却效果好，但仅适于几何尺度较大或结构简单的电抗器冷却，而对结构紧凑、体积小且为多层相间的分布式电抗器冷却系统而言，在保证电抗器功能前提下难以实现电抗器结构的小型化及电抗器结构的稳定性。2006年华中科技大学硕士学位论文公开了一种70T脉冲强磁场电抗器低温冷却方案(黄志峰,70T脉冲强磁场磁体低温冷却模型与实验研究，华中科技大学，硕士学位论文，2006)，该冷却方案针对在强脉冲负荷期间电抗器内大量热量瞬间累积特点，采用液氮浴冷却方式对电抗器进行冷却并取得了良好的冷却效果，但因液氮标准沸点温度低，采用液氮浴冷却方式对电抗器的承压、密封、材料的耐温、隔热防护及电抗器的结构设计提出更高要求，且液氮浴冷却系统的成本过高，不利于系统运行的经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分布式脉冲功率源电抗器冷却方法及其系统，以解决现有技术中对电抗器承压、密封要求高或难以实现电抗器结构紧凑与小型化的问题，以达到在保证电抗器技术指标条件下对电抗器的经济有效冷却，使其安全可靠运行，并实现电抗器结构设计的紧凑与小型化。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种分布式脉冲功率源电抗器冷却方法，将相变冷媒通过节流降压后通入电抗器的冷却端面，利用相变冷媒节流后的低温特性及液态冷媒汽化吸热对脉冲功率源电抗器进行冷却。—种分布式脉冲功率源电抗器冷却系统,包括电抗器、内电极、外电极、冷却空腔、环氧筒、气态冷媒出口、供液口、外接相变冷媒供液系统，电抗器由铜带、绝缘层、加固层叠加后紧密绕制而成的多匝缠绕体，多匝缠绕体中，铜带在内层，绝缘层在中间，加固层在外层；电抗器设置在环氧筒内并由该环氧筒包裹紧固，电抗器的一个轴向端面与环氧筒的底端面填充紧固，该环氧筒的开口端设置密封盖，该密封盖与电抗器的另一个轴向端面形成封闭的冷却腔体，用作相变冷媒对电抗器进行冷却的传热面并容纳供入的液体相变冷媒；在环氧筒或密封盖上设置与冷却空腔上部连通的气态冷媒出口，用于排放吸热汽化后的气态冷媒；所述的电抗器中的铜带位于多匝缠绕体外缘侧的端头连接外电极，并伸出环氧筒的底端面，铜带位于多匝缠绕体中心侧的端头连接内电极，该内电极伸出冷却空腔外的一端设置供液口，内电极为两端封闭的中空铜轴，供液口与内电极中心的空心通道联通，该供液口与外接相变冷媒供液系统连接。本专利技术与现有技术相比，其显著优点(I)本专利技术采用相变冷媒作为冷却工质，通过控制液态冷媒流量使其在电抗器内部的汽化吸热过程对电抗器进行冷却，冷却速率快、效率高，可控性好，冷却系统对电抗器整体结构的影响小。(2 )本专利技术通过中空内电极向电抗器供液，并以电抗器内环面及端面为冷却界面，强化了相变冷媒在电抗器内部的换热效果，有效解决了电抗器内电极附近区域局部过热问题，提高了电抗器运行的可靠性与稳定性。(3)本专利技术提出了冷媒直供冷却与封闭环路冷却方法及系统，使电抗器冷却系统更灵活，可扩展性与适应性更强。在具有结构紧凑及对电抗器总体容积控制要求较高且脉冲负荷强度较大的电抗器散热与冷却应用场合，本专利技术尤为适用。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图I是本专利技术的一种分布式脉冲功率源电抗器冷却系统的结构示意图。图2是本专利技术的另一种分布式脉冲功率源电抗器冷却系统的结构示意图。具体实施例方式本专利技术分布式脉冲功率源电抗器冷却方法，将相变冷媒通过节流降压后通入电抗器的冷却端面，利用相变冷媒节流后的低温特性及液态冷媒汽化吸热对脉冲功率源电抗器进行冷却。结合图I和图2，实现上述分布式脉冲功率源电抗器冷却方法的分布式脉冲功率源电抗器冷却系统，包括电抗器I、内电极5、外电极6、冷却空腔7、环氧筒8、气态冷媒出口9、供液口 12、外接相变冷媒供液系统，电抗器I由铜带2、绝缘层3、加固层4叠加后紧密绕制而成的多匝缠绕体，多匝缠绕体中，铜带2在内层，绝缘层3在中间，加固层4在外层；电抗器I设置在环氧筒8内并由该环氧筒8包裹紧固，电抗器I的一个轴向端面与环氧筒8的底端面填充紧固，该环氧筒8的开口端设置密封盖，该密封盖与电抗器I的另一个轴向端面形成封闭的冷却腔体7，用作相变冷媒对电抗器I进行冷却的传热面并容纳供入的液体相变冷媒；在环氧筒8或密封盖上设置与冷却空腔7上部连通的气态冷媒出口 9，用于排放吸热汽化后的气态冷媒；所述的电抗器I中的铜带2位于多匝缠绕体外缘侧的端头连接外电极6，并伸出环氧筒8的底端面，铜带2位于多匝缠绕体中心侧的端头连接内电极5，该内电极5伸出冷却空腔7外的一端设置供液口 12，内电极5为两端封闭的中空铜轴，供液口 12与内电极5中心的空心通道联通，该供液口 12与外接相变冷媒供液系统连接。本专利技术分布式脉冲功率源电抗器冷却系统的内电极5的铜轴的外表面开有沿轴向和圆周方向相互联通的凹槽10 (凹槽根据需要开设个数，如轴向和圆周方向各4-5个)，沿轴向方向相互联通的凹槽与冷却空腔7连通，沿圆周方向的凹槽槽底开设均匀分布的联通小孔11，该联通小孔11与内电极5中心的空心通道联通。所述的外接相变冷媒供液系统可以是高压冷媒存储罐13、冷媒供液管14、流量调节装置15，高压冷媒存储罐13通过冷媒供液管14与供液口 12连接，该冷媒供液管14设有用于供液量调节的流量调节装置15。所述的流量调节装置15采用手动膨胀阀、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式脉冲功率源电抗器冷却方法，其特征在于：将相变冷媒通过节流降压后通入电抗器的冷却端面，利用相变冷媒节流后的低温特性及液态冷媒汽化吸热对脉冲功率源电抗器进行冷却。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余延顺，董健年，刘佳，杨威，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：