Estrutura do rotor do motor de alta velocidade e características de projeto (projeto do estator, diferentes tipos de projeto da estrutura do rotor)

O rotor do motor de alta velocidade tem as características de tamanho pequeno, alta densidade de potência, conexão direta com carga de alta velocidade, eliminando o dispositivo de aceleração mecânica tradicional, reduzindo o ruído do sistema e melhorando a eficiência da transmissão do sistema, etc. Tem amplas perspectivas de aplicação nas áreas de retificadoras de alta velocidade, sistemas de refrigeração de circulação de ar, volantes de armazenamento de energia, células de combustível, compressores centrífugos de alta velocidade para transmissão de gás natural e sistemas de geração de energia distribuída como equipamentos de fornecimento de energia para aeronaves ou navios, e se tornou um dos pontos de pesquisa no campo elétrico internacional.

As principais características do motor de alta velocidade são alta velocidade do rotor, alta corrente do enrolamento do estator e frequência de fluxo magnético no núcleo, alta densidade de potência e densidade de perda. Essas características determinam que a tecnologia principal e os métodos de projeto do motor de alta velocidade sejam diferentes daqueles do motor de velocidade constante.

A velocidade do rotor do motor de alta velocidade é geralmente superior a 10.000 r/min. Ao girar em alta velocidade, o rotor laminado c

A alta frequência alternada da corrente do enrolamento e do fluxo magnético no núcleo do motor de alta velocidade produzirá grandes perdas adicionais de alta frequência no enrolamento do motor, núcleo do estator e rotor. Quando a frequência da corrente do estator é baixa, o efeito do efeito pelicular e do efeito de proximidade na perda do enrolamento pode ser ignorado, mas em alta frequência, o enrolamento do estator produzirá efeito pelicular e efeito de proximidade óbvios e aumentará a perda adicional do enrolamento. A frequência do fluxo magnético no núcleo do estator do motor de alta velocidade é alta, a influência do efeito pelicular não pode ser ignorada e o método de cálculo convencional trará grandes erros. Para calcular com precisão a perda do núcleo do estator do motor de alta velocidade, é necessário explorar o modelo de cálculo da perda de ferro sob condições de alta frequência. Os harmônicos espaciais causados ​​​​pela distribuição não senoidal do slot do estator e do enrolamento, bem como os harmônicos de corrente e tempo gerados pela fonte de alimentação PWM, produzirão grande perda de corrente parasita no rotor. Devido ao pequeno tamanho do rotor e às más condições de resfriamento, trará grandes dificuldades à dissipação de calor do rotor. Portanto, o cálculo preciso da perda por correntes parasitas do rotor e a exploração de medidas eficazes para reduzir a perda por correntes parasitas do rotor serão discutidos. É de grande importância para a operação confiável do motor de alta velocidade. Ao mesmo tempo, a tensão ou corrente de alta frequência também traz desafios ao projeto do controlador de motores de alta potência e alta velocidade.

O volume do motor de alta velocidade é muito menor do que o motor de velocidade constante da mesma potência, não apenas a densidade de potência e a densidade de perda são grandes, mas também a dissipação de calor é difícil, se as medidas especiais de dissipação de calor não forem usadas, o aumento da temperatura do motor será muito alto, encurtando assim a vida útil do enrolamento, especialmente para o motor de ímã permanente, no caso de o aumento da temperatura do rotor ser muito alto, o ímã permanente está sujeito à desmagnetização irreversível. Um sistema de resfriamento bem projetado pode efetivamente reduzir o aumento de temperatura do rotor fixo, que é a chave para a operação estável a longo prazo de motores de alta potência e alta velocidade.

Resumindo, existem muitos problemas importantes especiais na resistência do rotor, na dinâmica do sistema do rotor, no projeto eletromagnético, no projeto do sistema de resfriamento e no cálculo do aumento de temperatura, no rolamento de alta velocidade e no desenvolvimento do controlador que não estão disponíveis em motores convencionais. Portanto, o projeto de um motor de alta velocidade é um processo de projeto abrangente de múltiplas iterações de campos físicos, como campo eletromagnético, resistência do rotor, dinâmica do rotor, campo de fluido e campo de temperatura. Atualmente, os principais tipos de motores utilizados em campos de alta velocidade são motores de indução, motores de ímã permanente, motores de relutância comutada e motores de pólo de garra, e cada tipo de motor possui uma topologia diferente.

Este artigo analisa o status de desenvolvimento de diferentes tipos de motores de alta velocidade no país e no exterior e resume o índice limite de diferentes tipos de motores de alta velocidade. A estrutura e as características de projeto do motor de alta velocidade são analisadas detalhadamente, incluindo projeto do estator, projeto da estrutura do rotor, análise da dinâmica do sistema do rotor, seleção de rolamentos e projeto do sistema de refrigeração, etc.