Структура ротора мотора велике брзине и карактеристике дизајна (дизајн статора, различите врсте дизајна структуре ротора)

Ротор мотора велике брзине има карактеристике мале величине, велике густине снаге, директне везе са оптерећењем велике брзине, елиминишући традиционални уређај за механичко убрзање, смањујући системску буку и побољшавајући ефикасност преноса система, итд. Има широку перспективу примене у областима машина за млевење велике брзине, расхладних система са циркулацијом ваздуха, замајца за складиштење енергије, горивих ћелија, центрифугалних ћелија за дистрибуцију енергије за системе за снабдевање електричном енергијом велике брзине. авиона или бродова, и постао је једно од истраживачких жаришта у међународном електротехничком пољу.

Главне карактеристике мотора велике брзине су велика брзина ротора, висока струја намотаја статора и фреквенција магнетног флукса у језгру, велика густина снаге и густина губитака. Ове карактеристике одређују да се кључна технологија и методе пројектовања мотора велике брзине разликују од оних код мотора са константном брзином.

Брзина ротора брзог мотора је обично већа од 10 000 о/мин. Када се ротира великом брзином, конвенционални ламинирани ротор не може издржати огромну центрифугалну силу, тако да је потребно користити посебну ламинирану или чврсту структуру ротора високе чврстоће. За моторе са трајним магнетом, проблем чврстоће ротора је израженији, јер синтеровани материјал трајног магнета не може да издржи затезни напон који настаје великом брзином ротације ротора, а за трајни магнет се морају предузети мере заштите. Трење велике брзине између ротора и ваздушног зазора узрокује много већи губитак трења на површини ротора него код мотора са константном брзином, што доноси велике потешкоће у дисипацији топлоте ротора. Да би се осигурало да ротор има довољну снагу, ротор брзог мотора је углавном витак, тако да је у поређењу са мотором са константном брзином, могућност да се систем ротора приближи критичној брзини брзог мотора знатно повећана. Обични лежајеви мотора не могу поуздано да раде при великој брзини и морају се користити системи лежајева велике брзине.

Висока наизменична фреквенција струје намотаја и магнетни флукс у језгру мотора велике брзине ће произвести велике високе фреквенције додатне губитке у намотају мотора, језгра статора и ротора. Када је фреквенција струје статора ниска, ефекат коже и ефекат близине на губитак намотаја може се занемарити, али на високој фреквенцији, намотај статора ће произвести очигледан ефекат коже и ефекат близине и повећати додатни губитак намотаја. Фреквенција магнетног флукса у језгру статора брзог мотора је висока, утицај скин ефекта се не може занемарити, а конвенционална метода прорачуна ће донети велике грешке. Да би се тачно израчунао губитак језгра статора код мотора велике брзине, потребно је истражити модел прорачуна губитка гвожђа у условима високе фреквенције. Просторни хармоници узроковани утором статора и несинусоидном дистрибуцијом намотаја, као и струјни и временски хармоници генерисани ПВМ напајањем, произвешће велике губитке вртложних струја у ротору. Због мале величине ротора и лоших услова хлађења, то ће донети велике потешкоће у дисипацији топлоте ротора. Због тога ће се расправљати о тачном прорачуну губитка вртложних струја ротора и истраживању ефикасних мера за смањење губитка ротора на вртложне струје. То је од великог значаја за поуздан рад мотора велике брзине. У исто време, високофреквентни напон или струја такође доноси изазове у дизајну контролера за брзе моторе велике снаге.

Запремина брзог мотора је много мања од мотора са константном брзином исте снаге, не само да је густина снаге и густина губитака велика, већ је и дисипација топлоте отежана, ако се не користе посебне мере за расипање топлоте, пораст температуре мотора ће бити превисок, чиме ће се скраћивати век намотаја, посебно за трајни магнет ро мотора, у случају сталног магнета је превисок пораст температуре, у случају и. демагнетизација. Добро дизајниран систем хлађења може ефикасно смањити пораст температуре фиксног ротора, што је кључ за дуготрајан стабилан рад мотора велике снаге велике брзине.

Да сумирамо, постоје многи посебни кључни проблеми у снази ротора, динамици роторског система, електромагнетном дизајну, дизајну система за хлађење и прорачуну пораста температуре, развоју лежајева велике брзине и контролера који нису доступни у конвенционалним моторима. Стога је дизајн мотора велике брзине свеобухватан процес пројектовања вишеструких итерација физичких поља као што су електромагнетно поље, снага ротора, динамика ротора, поље флуида и температурно поље. Тренутно, главни типови мотора који се користе у пољима велике брзине су индукциони мотори, мотори са трајним магнетом, мотори са комутацијом релуктанције и мотори са канџастим половима, а сваки тип мотора има другачију топологију.

У овом раду анализира се развојни статус различитих типова брзих мотора у земљи и иностранству и сумира гранични индекс различитих типова брзих мотора. Структура и карактеристике дизајна брзог мотора су детаљно анализиране, укључујући дизајн статора, дизајн структуре ротора, анализу динамике система ротора, избор лежаја и дизајн система за хлађење, итд. На крају, анализирани су главни проблеми са којима се суочава развој брзог мотора, и истражени тренд развоја и изгледи за брзог мотора.