Struktura rotora motora velike brzine i značajke dizajna (dizajn statora, različite vrste dizajna strukture rotora)

Rotor motora velike brzine ima karakteristike male veličine, velike gustoće snage, izravne veze s opterećenjem velike brzine, eliminira tradicionalni mehanički uređaj za ubrzanje, smanjuje buku sustava i poboljšava učinkovitost prijenosa sustava, itd. Ima široke izglede za primjenu u poljima strojeva za mljevenje velike brzine, rashladnih sustava s cirkulacijom zraka, zamašnjaka za pohranu energije, gorivih ćelija, centrifugalnih kompresora velike brzine za prijenos prirodnog plina i distribuiranih sustava za proizvodnju električne energije kao opreme za napajanje. za zrakoplove ili brodove, te je postao jedno od istraživačkih žarišta u međunarodnom električnom polju.

Glavne karakteristike motora velike brzine su velika brzina rotora, velika struja namota statora i frekvencija magnetskog toka u jezgri, velika gustoća snage i gustoća gubitaka. Ove karakteristike određuju da su ključne tehnologije i metode dizajna motora velike brzine različite od onih kod motora konstantne brzine.

Brzina rotora brzohodnog motora obično je veća od 10 000 o/min. Kada se vrti velikom brzinom, konvencionalni laminirani rotor ne može izdržati ogromnu centrifugalnu silu, pa je potrebno koristiti posebnu laminiranu ili čvrstu strukturu rotora visoke čvrstoće. Za motore s permanentnim magnetima, problem čvrstoće rotora je izraženiji, jer sinterirani materijal permanentnog magneta ne može izdržati vlačni stres koji stvara rotacija velike brzine rotora, pa se moraju poduzeti mjere zaštite za permanentni magnet. Trenje velike brzine između rotora i zračnog raspora uzrokuje mnogo veći gubitak zbog trenja na površini rotora nego kod motora s konstantnom brzinom, što dovodi do velikih poteškoća u odvođenju topline rotora. Kako bi se osigurala dovoljna čvrstoća rotora, rotor brzohodnog motora uglavnom je vitak, pa je u usporedbi s motorom s konstantnom brzinom znatno povećana mogućnost da se rotorski sustav približi kritičnoj brzini brzohodnog motora. Obični ležajevi motora ne mogu pouzdano raditi pri velikim brzinama, pa se moraju koristiti sustavi ležajeva za velike brzine.

Visoka izmjenična frekvencija struje namota i magnetski tok u jezgri motora velike brzine proizvest će velike visokofrekventne dodatne gubitke u namotu motora, jezgri statora i rotora. Kada je strujna frekvencija statora niska, učinak skin efekta i efekta blizine na gubitak namota može se zanemariti, ali pri visokoj frekvenciji, namot statora će proizvesti očiti skin efekt i efekt blizine i povećati dodatni gubitak namota. Frekvencija magnetskog toka u jezgri statora brzog motora je visoka, utjecaj skin efekta ne može se zanemariti, a konvencionalna metoda izračuna donijet će velike pogreške. Kako bi se točno izračunao gubitak jezgre statora brzog motora, potrebno je istražiti model izračuna gubitka željeza u uvjetima visoke frekvencije. Prostorni harmonici uzrokovani nesinusoidnom distribucijom utora statora i namota, kao i strujni i vremenski harmonici koje generira PWM napajanje, proizvest će velike gubitke vrtložne struje u rotoru. Zbog male veličine rotora i loših uvjeta hlađenja, to će donijeti velike poteškoće u odvođenju topline rotora. Stoga će se raspravljati o točnom izračunu gubitaka vrtložnih struja rotora i istraživanju učinkovitih mjera za smanjenje gubitaka vrtložnih struja rotora. Od velike je važnosti za pouzdan rad motora velike brzine. U isto vrijeme, visokofrekventni napon ili struja također donose izazove dizajnu regulatora brzih motora velike snage.

Volumen motora velike brzine je mnogo manji od motora konstantne brzine iste snage, ne samo da su gustoća snage i gustoća gubitaka veliki, već je i disipacija topline teška, ako se ne koriste posebne mjere za disipaciju topline, porast temperature motora bit će previsok, čime se skraćuje vijek trajanja namota, posebno za motor s trajnim magnetom, u slučaju porasta temperature rotora je previsok, permanentni magnet je sklon nepovratnom demagnetiziranje. Dobro osmišljen sustav hlađenja može učinkovito smanjiti porast temperature fiksnog rotora, što je ključ dugoročnog stabilnog rada motora velike snage i velike brzine.

Ukratko, postoje mnogi posebni ključni problemi u čvrstoći rotora, dinamici rotorskog sustava, elektromagnetskom dizajnu, dizajnu rashladnog sustava i proračunu porasta temperature, ležajevima velike brzine i razvoju regulatora koji nisu dostupni u konvencionalnim motorima. Stoga je dizajn motora velike brzine sveobuhvatan proces projektiranja višestrukih ponavljanja fizičkih polja kao što su elektromagnetsko polje, snaga rotora, dinamika rotora, polje fluida i temperaturno polje. Trenutačno su glavni tipovi motora koji se koriste u poljima velikih brzina indukcijski motori, motori s permanentnim magnetima, motori s uključenom reluktancijom i motori s kandžastim polom, a svaki tip motora ima drugačiju topologiju.

Ovaj rad analizira razvojni status različitih tipova brzohodnih motora u zemlji i inozemstvu i sažima granične indekse različitih tipova brzohodnih motora. Struktura i karakteristike dizajna motora velike brzine detaljno su analizirane, uključujući dizajn statora, dizajn strukture rotora, analizu dinamike rotorskog sustava, izbor ležaja i dizajn sustava hlađenja, itd. Na kraju, analiziraju se glavni problemi s kojima se suočava razvoj motora velike brzine, te se predviđa trend razvoja i perspektiva motora velike brzine.