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西安昌兴解析 | 高速电机国内外现状

所属分类:公司新闻    发布时间: 2020-12-10    作者:admin
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一、高速电机简介

高速电机通常指转速超过 10000 r /min的电机。高速电机体积小、可与高速负载直接相连、省去传统的机械增速装置、减小系统噪音和提高系统传动效率。目前成功实现高速化的主要有感应电机、永磁电机、开关磁阻电机。

高速电机的主要特点是转子速度高、定子绕组电流和铁心中的磁通频率高、功率密度和损耗密度大 。这些特点决定了高速电机具有不同于常速电机特有的关键技术与设计方法,设计和制造难度往往成倍大于普通速电机。

高速电机的应用领域:

(1) 高速电机在空调或冰箱的离心式压缩机等各种场合得到应用。

(2) 随着汽车工业混合动力汽车的发展,体积小,重量轻的高速发电机将会得到充分的重视,并在混合动力汽车,航空,船舶等领域具有良好的应用前景。

(3)由燃气轮机驱动的高速发电机体积小,具有较高的机动性,可用于一些重要设施的备用电源,也可作为独立电源或小型电站,弥补集中式供电的不足,具有重要的实用价值。

二、高速电机国内外发展现状

1、高速感应电机

感应电机转子结构简单、转动惯量低,并且能够在高温和高速的条件下长时间运行,因此感应电机在高速领域应用比较广泛。

2、高速永磁电机

永磁电机由于其效率和功率因数高及转速范围大等优点,在高速应用领域备受青睐。相对于外转子永磁电机,内转子永磁电机具有转子半径小及可靠性强的优点,成为高速电机..。

目前,国内外高速永磁电机中,功率.大的高速永磁电机,是美国研究的,功率为8MW,转速15000r/min,为面贴式永磁转子,保护套采用的是碳纤维,冷却系统采用风冷水冷结合的方式,用于与燃气轮机匹配的高速电机。

3、开关磁阻电机

开关磁阻电机以结构简单、坚固耐用、成本低廉以及耐高温等优点而备受瞩目, 在高速领域的应用日益广泛。

高速开关磁阻电机目前可达的.大功率为250kW,转速22000r /min,.高转速为200000r /min,功率1kW。

西安高速机电安装

三、高速电机保护套设计和转子强度分析

电机高速旋转时转子离心力很大,转子强度分析和保护套设计是高速电机设计的关键。目前对高速永磁电机开展的转子强度分析主要是针对转子高速旋转时的稳态应力分析校核永磁体所承受应力是否超过许用应力,保证转子的稳定运行。由于大多数高速永磁电机选用钕铁硼永磁材料,该材料抗压强度较大,而抗拉强度很小,因此对于内转子电机结构的永磁体,必须采取保护措施。

目前.常用的保护措施主要有两种:一种是采用碳纤维绑扎永磁体,另外一种是在永磁体外面加高强度非导磁合金保护套。但合金护套的电导率较大,空间和时间谐波会在合金护套中产生较大的涡流损耗,碳纤维护套的电导率远远小于合金护套,可以有效的抑制护套中的涡流损耗,但碳纤维护套的热导线很差,转子热量难以散出,且碳纤维护套的加工工艺复杂,对加工精度要求较高。但是对于高速外转子永磁电机,不需要采取保护措施,因此转子应力分析的研究较少。

高速电机的铁耗和铜耗的计算方法与一般电机有着较大的区别。对于普通电机,磁场的谐波频率比较低,转子涡流损耗一般可以忽略,而对于高速永磁电机,转子涡流损耗较大,会给电机散热带来严重的困难,而永磁体在过高的温度下会发生不可逆退磁。因此对高速电机进行合理电磁设计与损耗的准确计算成为高速电机的关键问题之一。

在高速电机中,由于工作频率较高,定子铁心损耗成为电机的主要损耗,对电机的效率和发热性能起到主导性作用,计算定子铁耗,目前比较经典的计算方法是建立 Bertotti 铁耗分立计算模型,也就是将铁耗分为三部分,分别为磁滞损耗、经典涡流损耗和异常涡流损耗。

高速电机主要的研究发展方向有:

大功率高速电机和超高速高速电机的关键问题研究; 基于多物理场和多学科的耦合设计; 定转子损耗的理论研究与实验验证; 高强度与高耐温能力的永磁材料、高导热系数的纤维材料等新材料的开发及应用; 高强度转子叠片材料和结构的研究; 不同功率和转速等级下高速轴承的应用; 良好散热系统的设计; 高速电机控制系统的研制; 满足产业化要求的转子加工及装配新工艺等。

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