I. Впровадження високошвидкісного двигуна
Високошвидкісним двигуном зазвичай називають двигун, швидкість якого перевищує 10000 об/хв. Високошвидкісні двигуни мають невеликі розміри, їх можна безпосередньо підключати до високошвидкісних навантажень, усуваючи потребу в традиційних механічних пристроях збільшення швидкості, зменшуючи шум системи та покращуючи ефективність передачі системи. Наразі асинхронні двигуни, двигуни з постійними магнітами та реактивні двигуни є основними, які успішно досягли високої швидкості.
Основними характеристиками високошвидкісних двигунів є висока швидкість ротора, високий струм обмотки статора та частота потоку в сердечнику, висока щільність потужності та щільність втрат. Ці характеристики визначають, що високошвидкісний двигун відрізняється від звичайного двигуна унікальною ключовою технологією та методами проектування, проектування та труднощі виробництва часто експоненціально більші, ніж нормальний двигун.
Застосування високошвидкісних двигунів.
( 1) Високошвидкісні двигуни використовуються в різних сферах застосування, таких як відцентрові компресори для кондиціонерів або холодильників.
(2) З розвитком гібридних транспортних засобів в автомобільній промисловості з’являться невеликі за розміром і легкі високошвидкісні генератори. повну увагу та мають хороші перспективи застосування в галузі гібридних транспортних засобів, авіації, кораблів тощо.
(3) Високошвидкісні генератори, що приводяться в дію газовими турбінами, мають невеликі розміри та високу мобільність і можуть використовуватися як резервні джерело живлення для деяких важливих об’єктів, або як незалежне джерело живлення чи невелика електростанція, щоб компенсувати відсутність централізованого електропостачання, що має важливе практичне значення.
По-друге, статус розвитку високошвидкісних двигунів у країні та за кордоном
1、Високошвидкісний асинхронний двигун
Конструкція ротора асинхронного двигуна проста, має низьку інерцію обертання та може працювати протягом тривалого часу при високій температурі та високій швидкості, тому асинхронний двигун широко використовується у високошвидкісному полі. .
На даний момент вітчизняні та іноземні високошвидкісні асинхронні двигуни, потужність найбільшого 15 МВт, його швидкість 20000 об / хв, розроблені для ABB у 2002 році, використовуючи структуру суцільного ротора. Швидкість високошвидкісного асинхронного двигуна є найбільшою, розробленою Westwind Air Bearings, швидкість 300 000 об/хв, його потужність 200 Вт, використовується для шпинделя свердлильного верстата PCB. Подібним чином високошвидкісний асинхронний двигун потужністю 10 кВт і швидкістю 180 000 об/хв був реалізований за кордоном для використання в якості випробувального двигуна.
На малюнку нижче показано високошвидкісний асинхронний двигун, розроблений Westwind Air Підшипники з потужністю 200 Вт і швидкістю 300 000 об/хв.
Вітчизняні дослідження є відносно відсталими, серед яких Shenyang University of Technology, Chongqing Dema Electric, Naval Engineering University, Zhejiang University та інші дослідницькі підрозділи провели багато дослідницьких робіт щодо високошвидкісних асинхронних двигунів.
Chongqing Dema Motor розробила високошвидкісний асинхронний двигун потужністю 100 кВт, 25000 об/хв. Шеньянський технологічний університет провів дослідження високошвидкісних асинхронних двигунів із потужністю 280 кВт, швидкістю 12000 об/хв, лінійною швидкістю 132 м/с і загальною ламінованою структурою. Військово-морський інженерний університет провів дослідження високошвидкісних асинхронних двигунів потужністю 2,5 МВт тощо.
2、Високошвидкісний двигун з постійними магнітами
Двигуни з постійними магнітами популярні у високошвидкісних системах завдяки їх високому ККД, високому коефіцієнт потужності і великий діапазон швидкостей. Порівняно з двигуном із постійним магнітом із зовнішнім ротором, двигун із постійним магнітом із внутрішнім ротором має переваги малого радіуса ротора та високої надійності, ставши першим вибором для високошвидкісних двигунів.
Наразі серед високошвидкісних двигунів з постійними магнітами вдома та за кордоном, найпотужніший високошвидкісний двигун з постійним магнітом досліджується в Сполучених Штатах, з потужністю 8 МВт і швидкістю 15000 об / хв. Це встановлений на лицьовій стороні ротор із постійним магнітом із захисною оболонкою з вуглецевого волокна та системою охолодження, яка використовує комбінацію повітряного та водяного охолодження для високошвидкісних двигунів, сумісних із газовими турбінами.
Швейцарський ETH Zurich розробив високошвидкісний двигун з постійними магнітами. Параметри 500000 об/хв, потужність 1 кВт, лінійна швидкість 261 м/с, використовується захисний кожух із сплаву.
Внутрішні дослідження високошвидкісного двигуна з постійними магнітами в основному зосереджені в Чжецзянському університеті, Шеньянському технологічному університеті, Харбінський технологічний інститут, Харбінський технологічний інститут, Сіаньський університет Цзяотун, Нанкінський аерокосмічний двигун, Південно-східний університет, Пекінський університет аеронавтики та астронавтики, Університет Цзянсу, Пекінський університет Цзяотун, Технологічний університет Гуандуну, CSR Zhuzhou Motor Co.
Вони провели дослідження характеристик конструкції, характеристик втрат, розрахунку міцності та жорсткості ротора, а також конструкції системи охолодження та розрахунку підвищення температури високошвидкісних двигунів, а також створили високошвидкісні прототипи різних класів потужності та швидкостей.
3、Імпульсно-реактивний двигун
Імпульсно-реактивні двигуни привертають увагу своєю простою конструкцією, міцністю, низькою вартістю та стійкістю до високих температур, і все частіше використовуються у високошвидкісних системах.
Максимальна потужність високошвидкісних двигунів реактивний електродвигун становить 250 кВт, швидкість 22000 об/хв, максимальна швидкість 200 000 об/хв, потужність 1 кВт.
Нанкінський університет аеронавтики та астронавтики, Пекінський університет Цзяотун і Науково-технічний університет Хуачжун здійснили дослідницька робота над високошвидкісними реактивними електродвигунами, серед яких Нанкінський університет аеронавтики та астронавтики розробив комутований двигун потужністю 1 кВт, 130 000 об/хв.
Основними напрямками досліджень і розробок високошвидкісних двигунів є. ключові питання високошвидкісного двигуна високої потужності та надвисокошвидкісного високошвидкісного двигуна; поєднане проектування, засноване на мультифізичному полі та мультидисципліні; теоретичні дослідження та експериментальна перевірка статор-роторних втрат; розробка та застосування нових матеріалів, таких як матеріали постійного магніту з високою міцністю та стійкістю до високих температур, волокнисті матеріали з високою теплопровідністю; дослідження високоміцних роторних шаруватих матеріалів і структури; застосування високошвидкісних підшипників під різними рівнями потужності та швидкості; добре розсіювання тепла Конструкція високошвидкісної системи управління двигуном; Розробка нової технології обробки та складання ротора для задоволення вимог індустріалізації тощо.
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.
