Structura rotorului de motor de mare viteză și caracteristicile de proiectare (proiectarea statorului, diferite tipuri de proiectare a structurii rotorului)

High speed motor rotor has the characteristics of small size, high power density, direct connection with high speed load, eliminating the traditional mechanical acceleration device, reducing system noise and improving system transmission efficiency, etc. It has broad application prospects in the fields of high-speed grinding machines, air circulation refrigeration systems, energy storage flywheels, fuel cells, high-speed centrifugal compressors for natural gas transmission and distributed power generation systems as power supply equipment pentru aeronave sau nave și a devenit unul dintre punctele de cercetare în domeniul electric internațional.

Principalele caracteristici ale motorului de mare viteză sunt viteza rotorului ridicat, curentul ridicat de înfășurare a statorului și frecvența fluxului magnetic în miez, densitatea de putere mare și densitatea pierderii. Aceste caracteristici determină faptul 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 la forța centrifugă imensă, astfel încât trebuie utilizată o structură de rotor laminată sau solidă specială. Pentru motoarele cu magnet permanent, problema rezistenței rotorului este mai proeminentă, deoarece materialul de magnet permanent sinterizat nu poate rezista la tensiunea de tracțiune generată de rotația de mare viteză a rotorului, iar măsurile de protecție trebuie luate pentru magnetul permanent. Fricțiunea de mare viteză între rotor și decalajul de aer provoacă o pierdere de frecare mult mai mare pe suprafața rotorului decât cea a motorului cu viteză constantă, ceea ce aduce o mare dificultate disiparea căldurii rotorului. Pentru a se asigura că rotorul are o rezistență suficientă, rotorul motorului de mare viteză este în mare parte zvelt, astfel încât în ​​comparație cu motorul cu viteză constantă, posibilitatea sistemului rotor care se apropie de viteza critică a motorului de mare viteză este mult crescută. Rulmenții motorii obișnuiți nu pot funcționa în mod fiabil la viteză mare și trebuie utilizate sisteme de rulment de mare viteză.

Frecvența alternativă ridicată 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, a miezului stator și a rotorului. Când frecvența curentului statorului este scăzută, efectul efectului pielii și efectul de proximitate asupra pierderii de înfășurare poate fi ignorat, dar la frecvență ridicată, înfășurarea statorului va produce un efect evident al pielii și efect de proximitate și va crește pierderea suplimentară a înfășurării. Frecvența fluxului magnetic în miezul stator al motorului de mare viteză este mare, influența efectului pielii nu poate fi ignorată, iar metoda de calcul convențională va aduce erori mari. Pentru a calcula cu exactitate pierderea miezului stator al motorului de mare viteză, este necesar să se exploreze modelul de calcul al pierderii de fier în condiții de frecvență ridicată. Armonica spațială cauzată de slotul stator și distribuția non-sinusoidală, precum și armonicele curente și de timp generate de sursa de alimentare PWM, vor produce pierderi mari de curent în rotor. Datorită dimensiunilor mici a rotorului și a condițiilor slabe de răcire, va aduce dificultăți mari pentru disiparea căldurii rotorului. Prin urmare, va fi discutat calculul precis al pierderii de curent al rotorului și explorarea unor măsuri eficiente pentru a reduce pierderea curentă a rotorului. Este de o importanță deosebită pentru funcționarea fiabilă a motorului de mare viteză. În același timp, tensiunea sau curentul de înaltă frecvență aduce, de asemenea, provocări proiectării controlerului de motoare de mare viteză de mare putere.

The volume of the high-speed motor is much smaller than the constant speed motor of the same power, not only the power density and loss density is large, but also the heat dissipation is difficult, if the special heat dissipation measures are not used, the temperature rise of the motor will be too high, thereby shortening the life of the winding, especially for the permanent magnet motor, in the case of the rotor temperature rise is too high, the permanent magnet is prone to irreversible demagnetizare. Un sistem de răcire bine conceput poate reduce eficient creșterea temperaturii rotorului fix, care este cheia funcționării stabilite pe termen lung a motoarelor de mare viteză de mare putere.

În concluzie, există multe probleme cheie speciale în ceea ce privește rezistența rotorului, dinamica sistemului rotorului, proiectarea electromagnetică, proiectarea sistemului de răcire și calculul creșterii temperaturii, rulment de mare viteză și dezvoltarea controlerului care nu sunt disponibile în motoarele convenționale. Prin urmare, proiectarea motorului de mare viteză este un proces de proiectare cuprinzător al mai multor iterații ale câmpurilor fizice, cum ar fi câmpul electromagnetic, rezistența rotorului, dinamica rotorului, câmpul fluid și câmpul de temperatură. În prezent, principalele tipuri de motoare utilizate în câmpurile de mare viteză sunt motoarele de inducție, motoarele cu magnet permanent, motoarele de reticență comutate și motoarele cu pol cu ​​gheare și fiecare tip motor are o topologie diferită.

Această lucrare analizează starea de dezvoltare a diferitelor tipuri de motoare de mare viteză la domiciliu și în străinătate și rezumă indicele limită al diferitelor tipuri de motoare de mare viteză. Caracteristicile structurii și proiectării motorului de mare viteză sunt analizate în detaliu, inclusiv proiectarea statorului, proiectarea structurii rotorului, analiza dinamicii sistemului rotorului, selecția rulmentului și proiectarea sistemului de răcire, etc. În cele din urmă, principalele probleme cu care se confruntă dezvoltarea motorului de mare viteză sunt analizate, iar tendința de dezvoltare și perspectiva motorului de mare viteză sunt prospectate.