Structura rotorului motorului de mare viteză și caracteristicile de proiectare (design stator, diferite tipuri de proiectare a structurii rotorului)

Rotorul motorului de mare viteză are caracteristicile de dimensiune mică, densitate mare de putere, conexiune directă cu sarcina de mare viteză, eliminarea dispozitivului tradițional de accelerare mecanică, reducerea zgomotului sistemului și îmbunătățirea eficienței transmisiei sistemului etc. Are perspective largi de aplicare în domeniile mașinilor de șlefuit de mare viteză, sistemelor de refrigerare cu circulație a aerului, volantelor de stocare a energiei, pilelor de combustibil, sistemelor de distribuție a energiei centrifugale și compresoarelor cu gaz natural de mare viteză. echipamente pentru aeronave sau nave, și a devenit unul dintre punctele fierbinți de cercetare în domeniul electric internațional.

Principalele caracteristici ale motorului de mare viteză sunt viteza mare a rotorului, curentul mare de înfășurare a statorului și frecvența fluxului magnetic în miez, densitatea mare de putere și densitatea pierderilor. Aceste caracteristici determină că tehnologia cheie și metodele de proiectare ale motorului de mare viteză sunt diferite de cele ale motorului cu viteză constantă.

Viteza rotorului motorului de mare viteză este de obicei mai mare de 10 000 r/min. Când se rotește la viteză mare, rotorul laminat convențional nu poate rezista forței centrifuge uriașe, așa că trebuie utilizată o structură specială a rotorului laminat sau solid de înaltă rezistență. Pentru motoarele cu magnet permanent, problema puterii rotorului este mai proeminentă, deoarece materialul sinterizat cu magnet permanent nu poate rezista la solicitarea de tracțiune generată de rotația de mare viteză a rotorului și trebuie luate măsuri de protecție pentru magnetul permanent. Frecarea de mare viteză dintre rotor și spațiul de aer provoacă pierderi de frecare mult mai mari pe suprafața rotorului decât cea a motorului cu turație constantă, ceea ce aduce o mare dificultate la disiparea căldurii rotorului. Pentru a se asigura că rotorul are o rezistență suficientă, rotorul motorului de mare viteză este în mare parte subțire, astfel încât, în comparație cu motorul cu viteză constantă, posibilitatea ca sistemul rotor să se apropie de viteza critică a motorului de mare viteză este mult crescută. Rulmenții obișnuiți ai motorului nu pot funcționa în mod fiabil la viteză mare și trebuie utilizate sisteme de rulmenți de mare viteză.

Frecvența alternativă mare a curentului de înfășurare și a fluxului magnetic în miezul motorului de mare viteză va produce pierderi suplimentare mari de înaltă frecvență în înfășurarea motorului, miezului statorului și rotorului. Când frecvența curentului statorului este scăzută, efectul efectului de piele și al efectului de proximitate asupra pierderii înfășurării poate fi ignorat, dar la frecvență înaltă, înfășurarea statorului va produce un efect evident de piele și efect de proximitate și va crește pierderea suplimentară a înfășurării. Frecvența fluxului magnetic în miezul statorului al motorului de mare viteză este mare, influența efectului pielii nu poate fi ignorată, iar metoda convențională de calcul va aduce erori mari. Pentru a calcula cu exactitate pierderea miezului statorului a motorului de mare viteză, este necesar să se exploreze modelul de calcul al pierderii de fier în condiții de înaltă frecvență. Armonicile spațiale cauzate de fanta statorului și distribuția nesinusoidală a înfășurării, precum și armonicile de curent și de timp generate de sursa de alimentare PWM, vor produce pierderi mari de curent turbionar în rotor. Datorită dimensiunii mici a rotorului și a condițiilor proaste de răcire, va aduce mari dificultăți în disiparea căldurii rotorului. Prin urmare, vor fi discutate calculul precis al pierderii cu curent turbionar al rotorului și explorarea măsurilor eficiente de reducere a pierderii cu curent turbionar al rotorului. Este de mare importanță pentru funcționarea fiabilă a motorului de mare viteză. În același timp, tensiunea sau curentul de înaltă frecvență aduce, de asemenea, provocări designului controlerului motoarelor de mare putere și viteză mare.

Volumul motorului de mare viteză este mult mai mic decât motorul cu viteză constantă de aceeași putere, nu numai densitatea puterii și densitatea pierderilor sunt mari, dar și disiparea căldurii este dificilă, dacă nu se utilizează măsuri speciale de disipare a căldurii, creșterea temperaturii motorului va fi prea mare, scurtând astfel durata de viață a înfășurării, în special în cazul motorului cu magnet permanent, temperatura este prea mare, în cazul în care magnetul permanent crește demagnetizare ireversibilă. Un sistem de răcire bine proiectat poate reduce în mod eficient creșterea temperaturii rotorului fix, care este cheia funcționării stabile pe termen lung a motoarelor de mare putere de mare viteză.

Pentru a rezuma, există multe probleme cheie speciale în rezistența rotorului, dinamica sistemului rotorului, proiectarea electromagnetică, proiectarea sistemului de răcire și calculul creșterii temperaturii, rulmentul de mare viteză și dezvoltarea controlerului care nu sunt disponibile în motoarele convenționale. Prin urmare, proiectarea unui motor de mare viteză este un proces de proiectare cuprinzător de mai multe iterații ale câmpurilor fizice, cum ar fi câmpul electromagnetic, puterea rotorului, dinamica rotorului, câmpul fluidului și câmpul de temperatură. În prezent, principalele tipuri de motoare utilizate în câmpurile de mare viteză sunt motoarele cu inducție, motoarele cu magnet permanenți, motoarele cu reluctanță comutată și motoarele cu gheare, iar fiecare tip de motor are o topologie diferită.

Această lucrare analizează starea de dezvoltare a diferitelor tipuri de motoare de mare viteză în țară și în străinătate și rezumă indicele limită al diferitelor tipuri de motoare de mare viteză. Structura și caracteristicile de proiectare ale motorului de mare viteză sunt analizate în detaliu, inclusiv proiectarea statorului, proiectarea structurii rotorului, analiza dinamicii sistemului rotor, selecția rulmenților și proiectarea sistemului de răcire etc. În cele din urmă, sunt analizate principalele probleme cu care se confruntă dezvoltarea motorului de mare viteză și sunt prospectate tendința de dezvoltare și perspectiva motorului de mare viteză.