I. Introducción del motor de alta velocidad
El motor de alta velocidad generalmente se refiere al motor cuya velocidad supera las 10000 r/min. Los motores de alta velocidad son de tamaño pequeño, se pueden conectar directamente a cargas de alta velocidad, eliminando la necesidad de dispositivos mecánicos tradicionales para aumentar la velocidad, reduciendo el ruido del sistema y mejorando la eficiencia de transmisión del sistema. Actualmente, los motores de inducción, los motores de imanes permanentes y los motores de reluctancia conmutada son los principales que han alcanzado con éxito la alta velocidad.
Las principales características de los motores de alta velocidad son la alta velocidad del rotor, la alta corriente de devanado del estator y la frecuencia de flujo en el núcleo, Alta densidad de potencia y densidad de pérdidas. Estas características determinan que el motor de alta velocidad tiene una tecnología clave única y métodos de diseño diferentes a los del motor de velocidad normal. Las dificultades de diseño y fabricación suelen ser exponencialmente mayores que las del motor de velocidad normal.
Aplicaciones de motores de alta velocidad.
( 1) Los motores de alta velocidad se utilizan en diversas aplicaciones, como compresores centrífugos para acondicionadores de aire o refrigeradores.
(2) Con el desarrollo de vehículos híbridos en la industria automotriz, se ofrecerán generadores de alta velocidad de tamaño pequeño y peso ligero. toda la atención y tienen buenas perspectivas de aplicación en los campos de vehículos híbridos, aviación, barcos, etc.
(3) Los generadores de alta velocidad impulsados por turbinas de gas son de tamaño pequeño y tienen alta movilidad, y pueden usarse como respaldo fuente de energía para algunas instalaciones importantes, o como fuente de energía independiente o pequeña central eléctrica para compensar la falta de suministro de energía centralizado, que tiene un valor práctico importante.
Segundo estado de desarrollo de motores de alta velocidad en el país y en el extranjero
1、Motor de inducción de alta velocidad
La estructura del rotor del motor de inducción es simple, de baja inercia rotacional y puede funcionar durante mucho tiempo a alta temperatura y alta velocidad, por lo que el motor de inducción se usa ampliamente en el campo de alta velocidad .
En la actualidad, el motor de inducción de alta velocidad nacional y extranjero, la potencia de los 15MW más grandes, su velocidad de 20000 r / min, desarrollado para ABB en 2002, utilizando una estructura de rotor sólido. La velocidad del motor de inducción de alta velocidad es la más grande desarrollada por Westwind Air Bearings, velocidad de 300000 r / min, su potencia es de 200 W, utilizada para el eje de la máquina perforadora de PCB. De manera similar, se fabricó en el extranjero un motor de inducción de alta velocidad con una potencia de 10 kW y una velocidad de 180 000 r/min para su uso como motor de prueba.
La siguiente imagen muestra un motor de inducción de alta velocidad desarrollado por Westwind Air Rodamientos con una potencia de 200 W y una velocidad de 300.000 r/min.
La investigación nacional es relativamente atrasada, entre las cuales la Universidad Tecnológica de Shenyang, Chongqing Dema Electric, la Universidad de Ingeniería Naval, la Universidad de Zhejiang y otras unidades de investigación han llevado a cabo un mucho trabajo de investigación sobre motores de inducción de alta velocidad.
Chongqing Dema Motor ha desarrollado un motor de inducción de alta velocidad de 100kW, 25000r/min. La Universidad Tecnológica de Shenyang ha realizado una investigación sobre motores de inducción de alta velocidad con una potencia de 280kW, una velocidad de 12000r/min, una velocidad lineal de 132m/sy una estructura laminada común. La Universidad de Ingeniería Naval ha realizado investigaciones sobre motores de inducción de alta velocidad de 2,5 MW, etc.
2、Motor de imanes permanentes de alta velocidad
Los motores de imanes permanentes son populares en aplicaciones de alta velocidad debido a su alta eficiencia, alta Factor de potencia y amplio rango de velocidad. En comparación con el motor de imán permanente de rotor exterior, el motor de imán permanente de rotor interior tiene las ventajas de un radio de rotor pequeño y alta confiabilidad, convirtiéndose en la primera opción para motores de alta velocidad.
En la actualidad, entre los motores de imán permanente de alta velocidad En el país y en el extranjero, el motor de imán permanente de alta velocidad más potente se investiga en los Estados Unidos, con una potencia de 8MW y una velocidad de 15000r/min. Es un rotor de imán permanente montado en la cara con una funda protectora de fibra de carbono y un sistema de refrigeración que utiliza una combinación de refrigeración por aire y refrigeración por agua para motores de alta velocidad combinados con turbinas de gas.
El Swiss ETH Zurich diseñó el Motor de imán permanente de alta velocidad de alta velocidad. Los parámetros son 500000 r/min, la potencia es 1kW, la velocidad lineal es 261m/s y se utiliza una cubierta protectora de aleación. Instituto de Tecnología de Harbin, Instituto de Tecnología de Harbin, Universidad de Xi'an Jiaotong, Motor Aeroespacial de Nanjing, Universidad del Sudeste, Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing, Universidad de Jiangsu, Universidad de Beijing Jiaotong, Universidad de Tecnología de Guangdong, CSR Zhuzhou Motor Co.
Han llevado a cabo investigaciones sobre las características de diseño, las características de pérdida, el cálculo de la rigidez y la resistencia del rotor, así como el diseño del sistema de refrigeración y el cálculo del aumento de temperatura de los motores de alta velocidad, y han producido prototipos de alta velocidad de diferentes clases de potencia y velocidades.
3、Motor de reluctancia conmutada
Los motores de reluctancia conmutada están atrayendo la atención por su estructura simple, robustez, bajo costo y resistencia a altas temperaturas, y se utilizan cada vez más en aplicaciones de alta velocidad.
La potencia máxima de alta velocidad El motor de reluctancia conmutada es de 250kW y la velocidad es de 22000r/min, la velocidad máxima es de 200000r/min y la potencia es de 1kW.
La Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing, la Universidad Jiaotong de Beijing y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong han llevado trabajo de investigación sobre motores de reluctancia conmutados de alta velocidad, entre los cuales la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing ha desarrollado uno de 1 kW, 130 000 r/min conmutado
Las principales direcciones de investigación y desarrollo de motores de alta velocidad son.
Investigación sobre cuestiones clave del motor de alta velocidad de alta potencia y el motor de alta velocidad de ultra alta velocidad; diseño acoplado basado en campo multifísico y multidisciplinar; investigación teórica y verificación experimental de pérdidas estator-rotor; desarrollo y aplicación de nuevos materiales como materiales de imanes permanentes con alta fuerza y resistencia a altas temperaturas, materiales de fibra con alta conductividad térmica; investigación sobre estructuras y materiales laminados para rotores de alta resistencia; aplicación de rodamientos de alta velocidad bajo diferentes niveles de potencia y velocidad; buena disipación de calor Diseño de sistema de control de motor de alta velocidad; Desarrollo de nueva tecnología de ensamblaje y procesamiento de rotores para cumplir con los requisitos de industrialización, etc.
Research on key issues of high power high-speed motor and ultra-high speed high-speed motor; coupled design based on multi-physical field and multi-discipline; theoretical research and experimental verification of stator-rotor loss; development and application of new materials such as permanent magnet materials with high strength and high temperature resistance, fiber materials with high thermal conductivity; research on high-strength rotor laminated materials and structure; application of high-speed bearings under different power and speed levels; good heat dissipation Design of high speed motor control system; Development of new rotor processing and assembly technology to meet the industrialization requirements, etc.
