Жоғары жылдамдықты қозғалтқыш роторының құрылымы және дизайн сипаттамалары (статор конструкциясы, ротор құрылымының әртүрлі түрлері)

Жоғары жылдамдықты қозғалтқыш роторы шағын өлшемді, жоғары қуаттылық тығыздығы, жоғары жылдамдықты жүктемемен тікелей қосылу, дәстүрлі механикалық жеделдету құрылғысын жою, жүйе шуды азайту және жүйенің беріліс тиімділігін арттыру және т. ұшақтар мен кемелерді электрмен жабдықтау жабдығы ретінде электр энергиясын өндіру жүйелерін таратып, халықаралық электр саласындағы зерттеу нүктелерінің біріне айналды.

Жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың негізгі сипаттамалары ротордың жоғары жылдамдығы, жоғары статор орамасының тогы және ядродағы магнит ағынының жиілігі, жоғары қуат тығыздығы және жоғалту тығыздығы. Бұл сипаттамалар жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың негізгі технологиясы мен жобалау әдістерінің тұрақты жылдамдықтағы қозғалтқыштардан өзгеше екенін анықтайды.

Жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың роторының айналу жиілігі әдетте 10 000 р/мин жоғары. Жоғары жылдамдықпен айналу кезінде әдеттегі ламинатталған ротор үлкен орталықтан тепкіш күшке төтеп бере алмайды, сондықтан арнайы жоғары берік ламинатталған немесе қатты ротор құрылымын пайдалану қажет. Тұрақты магнитті қозғалтқыштар үшін ротордың беріктігі мәселесі маңыздырақ, өйткені агломерацияланған тұрақты магнит материалы ротордың жоғары жылдамдықпен айналуынан туындайтын созылу кернеуіне төтеп бере алмайды және тұрақты магнитті қорғау шараларын қабылдау қажет. Ротор мен ауа саңылауы арасындағы жоғары жылдамдықты үйкеліс тұрақты жылдамдықты қозғалтқышқа қарағанда ротор бетіндегі үйкелістің әлдеқайда көп жоғалуына әкеледі, бұл ротордың жылуын бөлуге үлкен қиындық әкеледі. Ротордың жеткілікті беріктігі болуын қамтамасыз ету үшін жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың роторы негізінен жіңішке болады, сондықтан тұрақты жылдамдықты қозғалтқышпен салыстырғанда роторлық жүйенің жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың критикалық жылдамдығына жақындау мүмкіндігі айтарлықтай артады. Қарапайым мотор мойынтіректері жоғары жылдамдықта сенімді жұмыс істей алмайды, сондықтан жоғары жылдамдықты мойынтірек жүйелерін пайдалану қажет.

Орамдық токтың жоғары айнымалы жиілігі және жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың өзегіндегі магнит ағыны қозғалтқыштың, статордың өзегі мен роторының орамаларында үлкен жоғары жиілікті қосымша жоғалтуды тудырады. Статор тоғының жиілігі төмен болған кезде, орамның жоғалуына тері әсері мен жақындық әсерінің әсерін елемеуге болады, бірақ жоғары жиілікте статор орамасы айқын тері әсері мен жақындық әсерін тудырады және орамның қосымша жоғалуын арттырады. Жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың статор өзегіндегі магнит ағынының жиілігі жоғары, тері әсерінің әсерін елемеуге болмайды, ал дәстүрлі есептеу әдісі үлкен қателіктер әкеледі. Жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың статор ядросының жоғалуын дәл есептеу үшін жоғары жиілікті жағдайлардағы темір жоғалтуының есептеу моделін зерттеу қажет. Статор ұяшығы мен орамасының синусоидалы емес таралуынан туындаған кеңістік гармоникалары, сондай-ақ PWM қуат көзінен туындаған ток және уақыт гармоникалары роторда үлкен құйынды ток жоғалтуын тудырады. Ротордың шағын өлшеміне және нашар салқындату жағдайларына байланысты ол ротордың жылуын бөлуге үлкен қиындықтар әкеледі. Сондықтан ротордың құйынды тоғының жоғалуын дәл есептеу және ротордың құйынды ток жоғалуын азайтудың тиімді шараларын зерттеу талқыланады. Бұл жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың сенімді жұмыс істеуі үшін үлкен маңызға ие. Сонымен қатар, жоғары жиілікті кернеу немесе ток сонымен қатар жоғары қуатты жоғары жылдамдықты қозғалтқыштардың контроллерінің дизайнына қиындықтар әкеледі.

Жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың көлемі бірдей қуаттың тұрақты жылдамдықты қозғалтқышынан әлдеқайда аз, тек қуат тығыздығы мен жоғалту тығыздығы ғана емес, сонымен қатар жылуды бөлу қиын, егер арнайы жылуды бөлу шаралары қолданылмаса, қозғалтқыштың температурасының жоғарылауы тым жоғары болады, осылайша орамның қызмет ету мерзімі қысқарады, әсіресе тұрақты магнит үшін қозғалтқыштың температурасы тым жоғары, ротордың температурасы тұрақты жоғары болған жағдайда қайтымсыз магнитсіздену. Жақсы жобаланған салқындату жүйесі тұрақты ротордың температурасының көтерілуін тиімді төмендете алады, бұл жоғары қуатты жоғары жылдамдықты қозғалтқыштардың ұзақ мерзімді тұрақты жұмысының кілті болып табылады.

Қорытындылай келе, ротордың беріктігінде, ротор жүйесінің динамикасында, электромагниттік дизайнда, салқындату жүйесін жобалауда және температураның көтерілуін есептеуде, жоғары жылдамдықты мойынтіректерді және контроллерді әзірлеуде әдеттегі қозғалтқыштарда жоқ көптеген арнайы негізгі мәселелер бар. Сондықтан жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың дизайны электромагниттік өріс, ротор күші, ротор динамикасы, сұйықтық өрісі және температура өрісі сияқты физикалық өрістердің бірнеше итерацияларының кешенді жобалау процесі болып табылады. Қазіргі уақытта жоғары жылдамдықты өрістерде қолданылатын қозғалтқыштардың негізгі түрлері асинхронды қозғалтқыштар, тұрақты магнитті қозғалтқыштар, қосылатын қарсылық қозғалтқыштары және тырнақ полюсті қозғалтқыштар болып табылады және әрбір қозғалтқыш типінің әртүрлі топологиясы бар.

Бұл жұмыс үйде және шетелде жоғары жылдамдықты қозғалтқыштардың әртүрлі түрлерінің даму күйін талдайды және жоғары жылдамдықты қозғалтқыштардың әртүрлі түрлерінің шекті индексін қорытындылайды. Жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың құрылымы мен конструкциялық сипаттамалары егжей-тегжейлі талданады, соның ішінде статор конструкциясы, ротор құрылымының дизайны, ротор жүйесінің динамикалық талдауы, мойынтіректерді таңдау және салқындату жүйесінің дизайны және т.б. Соңында жоғары жылдамдықты қозғалтқышты дамытудың негізгі проблемалары талданады, сондай-ақ жоғары жылдамдықты қозғалтқыштың даму тенденциясы мен перспективасы болжанады.