I. Giới thiệu động cơ tốc độ cao
Động cơ tốc độ cao thường dùng để chỉ động cơ có tốc độ vượt quá 10000 r / phút. Động cơ tốc độ cao có kích thước nhỏ, có thể được kết nối trực tiếp với tải tốc độ cao, loại bỏ sự cần thiết của các thiết bị tăng tốc cơ học truyền thống, giảm tiếng ồn của hệ thống và cải thiện hiệu quả truyền dẫn của hệ thống. Hiện tại, động cơ cảm ứng, động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ từ trở chuyển mạch là những động cơ chính đã đạt được tốc độ cao thành công.
Đặc điểm chính của động cơ tốc độ cao là tốc độ rôto cao, dòng điện cuộn dây stato cao và tần số từ thông trong lõi, mật độ công suất cao và mật độ tổn thất. Những đặc điểm này xác định động cơ tốc độ cao khác với công nghệ thiết kế và công nghệ chính duy nhất của động cơ tốc độ bình thường, khó khăn trong thiết kế và sản xuất thường lớn hơn theo cấp số nhân so với động cơ tốc độ bình thường.
Ứng dụng của động cơ tốc độ cao.
( 1) Động cơ tốc độ cao được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như máy nén ly tâm cho máy điều hòa không khí hoặc tủ lạnh.
(2) Với sự phát triển của các loại xe hybrid trong ngành công nghiệp ô tô, các máy phát điện tốc độ cao kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ sẽ được cung cấp được quan tâm đầy đủ và có triển vọng ứng dụng tốt trong các lĩnh vực xe hybrid, hàng không, tàu thủy, v.v.
(3) Máy phát điện tốc độ cao chạy bằng tuabin khí có kích thước nhỏ và tính cơ động cao, có thể dùng làm phương tiện dự phòng nguồn điện cho một số cơ sở quan trọng, hoặc như một nguồn điện độc lập hoặc nhà máy điện nhỏ để bù đắp cho việc thiếu nguồn cung cấp điện tập trung, có giá trị thực tế quan trọng.
Thứ hai, tình trạng phát triển động cơ tốc độ cao trong và ngoài nước
1、Động cơ cảm ứng tốc độ cao
Cấu trúc rôto của động cơ cảm ứng đơn giản, quán tính quay thấp, có thể chạy trong thời gian dài ở nhiệt độ cao và tốc độ cao, vì vậy động cơ cảm ứng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tốc độ cao .
Hiện tại, động cơ cảm ứng tốc độ cao trong và ngoài nước, công suất lớn nhất 15MW, tốc độ 20000 vòng / phút, được phát triển cho ABB vào năm 2002, sử dụng cấu trúc rôto rắn. Tốc độ động cơ cảm ứng tốc độ cao là loại lớn nhất được phát triển bởi Westwind Air Bearings, tốc độ 300000 r/min, công suất của nó là 200 W, được sử dụng cho trục chính của máy khoan PCB. Tương tự, một động cơ cảm ứng tốc độ cao có công suất 10 kW và tốc độ 180.000 vòng/phút đã được sản xuất ở nước ngoài để sử dụng làm động cơ thử nghiệm.
Hình ảnh bên dưới cho thấy một động cơ cảm ứng tốc độ cao do Westwind Air phát triển Vòng bi có công suất 200 W và tốc độ 300.000 r/min.
Nghiên cứu trong nước tương đối lạc hậu, trong đó Đại học Công nghệ Thẩm Dương, Điện lực Trùng Khánh, Đại học Kỹ thuật Hải quân, Đại học Chiết Giang và các đơn vị nghiên cứu khác đã thực hiện một rất nhiều công trình nghiên cứu về động cơ cảm ứng tốc độ cao.
Trùng Khánh Dema Motor đã phát triển động cơ cảm ứng tốc độ cao 100kW, 25000 vòng/phút. Đại học Công nghệ Thẩm Dương đã tiến hành nghiên cứu động cơ cảm ứng tốc độ cao với công suất 280kW, tốc độ 12000 vòng/phút, tốc độ tuyến tính 132m/s và cấu trúc nhiều lớp phổ biến. Đại học Kỹ thuật Hải quân đã tiến hành nghiên cứu về động cơ cảm ứng tốc độ cao 2,5 MW, v.v.
2、Động cơ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao
Động cơ nam châm vĩnh cửu phổ biến trong các ứng dụng tốc độ cao do hiệu suất cao, tốc độ cao hệ số công suất và dải tốc độ lớn. So với động cơ nam châm vĩnh cửu rôto bên ngoài, động cơ nam châm vĩnh cửu rôto bên trong có ưu điểm là bán kính rôto nhỏ và độ tin cậy cao, trở thành lựa chọn hàng đầu cho động cơ tốc độ cao.
Hiện tại, trong số các động cơ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao trong và ngoài nước, động cơ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao mạnh nhất được nghiên cứu tại Hoa Kỳ, với công suất 8MW và tốc độ 15000 vòng/phút. Nó là một rô-to nam châm vĩnh cửu gắn trên mặt với lớp vỏ bảo vệ bằng sợi carbon và hệ thống làm mát sử dụng kết hợp làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước cho động cơ tốc độ cao phù hợp với tua-bin khí.
ETH Zurich của Thụy Sĩ đã thiết kế rôto động cơ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao tốc độ cao nhất. Các thông số là 500000 vòng / phút, công suất là 1kW, tốc độ tuyến tính là 261m / s và sử dụng áo khoác bảo vệ bằng hợp kim.
Nghiên cứu trong nước về động cơ nam châm vĩnh cửu tốc độ cao chủ yếu tập trung ở Đại học Chiết Giang, Đại học Công nghệ Thẩm Dương, Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân, Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân, Đại học Giao thông Tây An, Động cơ Hàng không vũ trụ Nam Kinh, Đại học Đông Nam, Đại học Hàng không và Vũ trụ Bắc Kinh, Đại học Giang Tô, Đại học Giao thông Bắc Kinh, Đại học Công nghệ Quảng Đông, Công ty CSR Chu Châu Motor
Họ đã tiến hành nghiên cứu về các đặc tính thiết kế, đặc tính tổn thất, tính toán độ bền và độ cứng của rôto, cũng như thiết kế hệ thống làm mát và tính toán độ tăng nhiệt của động cơ tốc độ cao, đồng thời đã sản xuất các nguyên mẫu tốc độ cao với các loại công suất và tốc độ khác nhau.
3、Động cơ từ trở chuyển mạch
Động cơ từ trở chuyển mạch đang thu hút sự chú ý nhờ cấu trúc đơn giản, độ bền, chi phí thấp và khả năng chịu nhiệt độ cao, đồng thời ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các ứng dụng tốc độ cao.
Công suất tối đa của tốc độ cao động cơ từ trở chuyển đổi là 250kW và tốc độ là 22000 vòng/phút, tốc độ tối đa là 200000 vòng/phút và công suất là 1kW.
Đại học Hàng không và Du hành vũ trụ Nam Kinh, Đại học Giao thông Bắc Kinh và Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung đã thực hiện công trình nghiên cứu về động cơ từ trở chuyển mạch tốc độ cao, trong đó Đại học Hàng không và Du hành vũ trụ Nam Kinh đã phát triển động cơ chuyển mạch 1 kW, 130.000 vòng / phút
Các hướng nghiên cứu và phát triển chính của động cơ tốc độ cao là.
Nghiên cứu về những vấn đề cốt yếu của động cơ cao tốc công suất lớn và động cơ cao tốc siêu cao tốc; thiết kế kết hợp dựa trên trường đa vật lý và đa ngành; nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm kiểm chứng tổn hao stator-roto; phát triển và ứng dụng các loại vật liệu mới như vật liệu nam châm vĩnh cửu có độ bền cao và chịu nhiệt độ cao, vật liệu sợi có tính dẫn nhiệt cao; nghiên cứu vật liệu và kết cấu rôto nhiều lớp cường độ cao; ứng dụng vòng bi tốc độ cao ở các mức công suất và tốc độ khác nhau; tản nhiệt tốt Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ tốc độ cao; Phát triển công nghệ gia công, lắp ráp rôto mới đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa...
