I. Wprowadzenie silnika o dużej prędkości
Silnik o dużej prędkości zwykle odnosi się do silnika, którego prędkość przekracza 10000 obr / min. Szybkoobrotowe silniki mają niewielkie rozmiary i mogą być bezpośrednio podłączone do szybkich obciążeń, eliminując potrzebę stosowania tradycyjnych mechanicznych urządzeń zwiększających prędkość, redukując hałas systemu i poprawiając wydajność transmisji systemu. Obecnie silniki indukcyjne, silniki z magnesami trwałymi i przełączane silniki reluktancyjne są głównymi silnikami, które z powodzeniem osiągają wysokie prędkości. wysoka gęstość mocy i gęstość strat. Te cechy decydują o tym, że silnik o dużej prędkości różni się od silnika o normalnej prędkości unikalną kluczową technologią i metodami projektowania, a trudności projektowe i produkcyjne są często wykładniczo większe niż w przypadku silnika o normalnej prędkości.
Zastosowania silników o dużej prędkości.
( 1) Silniki o dużej prędkości są używane w różnych zastosowaniach, takich jak sprężarki odśrodkowe do klimatyzatorów lub lodówek.
(2) Wraz z rozwojem pojazdów hybrydowych w przemyśle motoryzacyjnym, pojawią się małe i lekkie szybkie generatory pełne skupienie i dobre perspektywy zastosowania w dziedzinie pojazdów hybrydowych, lotnictwa, statków itp. źródło zasilania dla niektórych ważnych obiektów lub jako niezależne źródło zasilania lub mała elektrownia w celu uzupełnienia braku scentralizowanego zasilania, co ma ważną wartość praktyczną.
Po drugie, stan rozwoju silników wysokoobrotowych w kraju i za granicą
1、Szybki silnik indukcyjny
Konstrukcja wirnika silnika indukcyjnego jest prosta, ma małą bezwładność obrotową i może pracować przez długi czas w wysokiej temperaturze i przy dużej prędkości, dlatego silnik indukcyjny jest szeroko stosowany w dziedzinie dużych prędkości .
Obecnie krajowy i zagraniczny szybki silnik indukcyjny, o mocy największej 15MW, jego prędkości obrotowej 20000 obr/min, opracowany dla ABB w 2002 roku, z wykorzystaniem solidnej konstrukcji wirnika. Szybkobieżna prędkość silnika indukcyjnego jest największą opracowaną przez Westwind Air Bearings, prędkość 300000 obr./min, jego moc wynosi 200 W, używana do wrzeciona wiertarki PCB. Podobnie wysokoobrotowy silnik indukcyjny o mocy 10 kW i prędkości 180 000 obr./min został zrealizowany za granicą do użytku jako silnik testowy. Łożyska o mocy 200 W i prędkości 300 000 obr/min.
Krajowe badania są stosunkowo zacofane, wśród których Shenyang University of Technology, Chongqing Dema Electric, Naval Engineering University, Zhejiang University i inne jednostki badawcze przeprowadziły wiele prac badawczych nad szybkimi silnikami indukcyjnymi.
Chongqing Dema Motor opracował szybki silnik indukcyjny o mocy 100kW, 25000r/min. Shenyang University of Technology przeprowadził badania nad szybkoobrotowymi silnikami indukcyjnymi o mocy 280kW, prędkości 12000r/min, prędkości liniowej 132m/s i wspólnej strukturze laminowanej. Uniwersytet Inżynierii Marynarki Wojennej przeprowadził badania nad szybkimi silnikami indukcyjnymi o mocy 2,5 MW itp. współczynnik mocy i duży zakres prędkości. W porównaniu z silnikiem z magnesami trwałymi z wirnikiem zewnętrznym, silnik z magnesami trwałymi z wirnikiem wewnętrznym ma zalety małego promienia wirnika i wysokiej niezawodności, stając się pierwszym wyborem dla silników o dużej prędkości.
Obecnie wśród szybkich silników z magnesami trwałymi w kraju i za granicą najpotężniejszy szybki silnik z magnesami trwałymi jest badany w Stanach Zjednoczonych, o mocy 8MW i prędkości 15000r/min. Jest to montowany czołowo wirnik z magnesami trwałymi, z tuleją ochronną z włókna węglowego i układem chłodzenia, który wykorzystuje kombinację chłodzonych powietrzem i wodą silników wysokoobrotowych współpracujących z turbinami gazowymi.
Szwajcarski ETH Zurich zaprojektował silnik z magnesami trwałymi o najwyższej prędkości. Parametry to 500000 obr./min, moc 1 kW, prędkość liniowa 261 m/s i zastosowano płaszcz ochronny ze stopu.
Krajowe badania nad szybkim silnikiem z magnesami trwałymi koncentrują się głównie na Uniwersytecie Zhejiang, Harbin Institute of Technology, Harbin Institute of Technology, Xi'an Jiaotong University, Nanjing Aerospace Motor, Southeast University, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Jiangsu University, Beijing Jiaotong University, Guangdong University of Technology, CSR Zhuzhou Motor Co.
Przeprowadzili badania nad właściwościami konstrukcyjnymi, charakterystyką strat, obliczeniami wytrzymałości i sztywności wirnika, a także projektem układu chłodzenia i obliczeniami wzrostu temperatury szybkich silników, a także wyprodukowali szybkie prototypy o różnych klasach mocy i prędkościach.
3、Przełączany silnik reluktancyjny
Przełączane silniki reluktancyjne przyciągają uwagę swoją prostą budową, wytrzymałością, niskim kosztem i odpornością na wysoką temperaturę i są coraz częściej stosowane w zastosowaniach wymagających dużych prędkości.
Maksymalna moc silników dużych prędkości z przełączanym silnikiem reluktancyjnym ma moc 250 kW, prędkość 22 000 obr./min, a maksymalna prędkość 200 000 obr./min, a moc 1 kW. prace badawcze nad szybkoobrotowymi przełączalnymi silnikami reluktancyjnymi, wśród których Nanjing University of Aeronautics and Astronautics opracował przełączany 1 kW, 130 000 obr/min
Główne kierunki badań i rozwoju silników szybkoobrotowych to.
Badania nad kluczowe zagadnienia dotyczące silników wysokoobrotowych dużej mocy i silników wysokoobrotowych o bardzo dużej prędkości; projektowanie sprzężone oparte na wielu polach fizycznych i wielu dyscyplinach; badania teoretyczne i eksperymentalna weryfikacja strat stojan-wirnik; opracowywanie i stosowanie nowych materiałów, takich jak materiały z magnesami trwałymi o wysokiej wytrzymałości i odporności na wysoką temperaturę, materiały włókniste o wysokiej przewodności cieplnej; badania nad wysokowytrzymałymi laminowanymi materiałami i strukturą wirników; zastosowanie łożysk szybkobieżnych przy różnych poziomach mocy i prędkości; dobre odprowadzanie ciepła Projekt systemu sterowania silnikiem o dużej prędkości; Opracowanie nowej technologii obróbki i montażu wirników w celu spełnienia wymagań industrializacji itp.
3、Switching reluctance motor
Switched reluctance motors are attracting attention for their simple structure, robustness, low cost and high temperature resistance, and are increasingly used in high-speed applications.
The maximum power of high-speed switched reluctance motor is 250kW and the speed is 22000r/min, and the maximum speed is 200000r/min and the power is 1kW.
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing Jiaotong University and Huazhong University of Science and Technology have carried out research work on high-speed switched reluctance motors, among which Nanjing University of Aeronautics and Astronautics has developed a 1 kW, 130,000 r / min switched
The main research and development directions of high-speed motors are.
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.
