目前應(yīng)用于高速領(lǐng)域的電機(jī)類型主要有感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等, 每種電機(jī)類型又有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
1. 高速感應(yīng)電機(jī)
我們知道,感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低, 并能在高溫和高速的條件下長時(shí)間運(yùn)行, 因此感應(yīng)電機(jī)在高速領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛 。
國內(nèi)外最大功率的高速感應(yīng)電機(jī)為15MW, 轉(zhuǎn)速為20000 r/min, 是ABB公司 在2002年研制的, 采用的是實(shí)心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu); 高速感應(yīng)電機(jī)最大速度為180000 r/min, 功率為10kW, 采用磁懸浮軸承, 實(shí)心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu), 線速度為219m /s, 電機(jī)的效率約為85% 。
國內(nèi)對高速感應(yīng)電機(jī)的研究相對滯后(貌似電機(jī)這塊,國內(nèi)沒有幾個(gè)不滯后的), 其中重慶德馬電機(jī)研制了一系列高速感應(yīng)電機(jī), 海軍工程大學(xué) 、沈陽工業(yè)大學(xué) 、哈爾濱工業(yè)大學(xué)以及浙江大學(xué)(沈建新老師團(tuán)隊(duì))等針對高速感應(yīng)電機(jī)開展了許多研究工作,海軍工程大學(xué)對 2. 5 MW 高速感應(yīng)電機(jī)開展了研究,重慶德馬電機(jī)研制了100kW、25000r/min 高速感應(yīng)電機(jī), 國內(nèi)高速感應(yīng)電機(jī)的發(fā)展水平遠(yuǎn)低于國外。
2 .內(nèi)轉(zhuǎn)子高速永磁電機(jī)
我們也知道,永磁電機(jī)具有效率和功率因數(shù)高及轉(zhuǎn)速范圍大等優(yōu)點(diǎn), 因此其在高速應(yīng)用領(lǐng)域倍受青睞。相對于外永磁轉(zhuǎn)子電機(jī), 內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)具有轉(zhuǎn)子半徑小及可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn), 成為高速電機(jī)的首選。
內(nèi)轉(zhuǎn)子高速永磁電機(jī)的最大功率已達(dá)8MW,轉(zhuǎn)速15000r /min, 為面貼式永磁轉(zhuǎn)子, 采用碳纖維保護(hù)套捆扎; 最高轉(zhuǎn)速的永磁電機(jī)為500000r/min,功率為1kW, 轉(zhuǎn)子表面線速度為261m /s,采用合金保護(hù)套。國內(nèi)對高速永磁電機(jī)的研究主要集中在浙江大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)、哈爾濱理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航空航天電機(jī)、東 南 大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、江蘇大學(xué)、北京交通大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、南車株洲電機(jī)有限公司等, 他們對高速電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、損耗特性、轉(zhuǎn)子強(qiáng)度與剛度計(jì)算以及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與溫升計(jì)算等方面開展了相關(guān)的研究工作, 并制作了不同功率等級和轉(zhuǎn)速的高速樣機(jī)。
沈陽工業(yè)大學(xué)與江蘇航天動(dòng)力機(jī)電有限公司合作, 已研制了 1120 kW、18000r/min 的高速永磁電機(jī),如圖所示, 該電機(jī)采用面貼式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)子表面線速度為180m /s, 采用碳纖維保護(hù)措施。
浙江大學(xué)對2.3 kW、150000 r /min的高速永磁無刷直流電機(jī)開展了深入研究(深入一般是有幾個(gè)博士在做),并制作了樣機(jī); 廣東工業(yè)大學(xué)對0.6 kW,200 000 r /min 的高速永磁無刷直流電機(jī)進(jìn)行了理論分析。但國內(nèi)對高速永磁電機(jī)的研制多集中在500kW 以下的中小功率和中低轉(zhuǎn)速階段, 對大功率尤其是兆瓦級和超高轉(zhuǎn)速永磁電機(jī)的研究還較少。高速永磁電機(jī)有面貼式( SPM) 和內(nèi)置式( IPM) 兩種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。除少數(shù)采用內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)外,其余多采用面貼式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
3.高速開關(guān)磁阻電機(jī)
開關(guān)磁阻電機(jī)以結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、成本低廉以及耐高溫等優(yōu)點(diǎn)而備受矚目, 在高速領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。
高速開關(guān)磁阻電機(jī)目前 最大功率為250 kW( 轉(zhuǎn)速 22 000 r /min) ,最高轉(zhuǎn)速為 200 000 r /min( 功率 1 kW) 。南京航空航天大學(xué) 、北京交通大學(xué)、湖南工業(yè)大學(xué) 、華中科技大學(xué)等對高速開關(guān)磁阻電機(jī)開展了相關(guān)研究工作, 其中南京航空航天大學(xué)研制了1 kW,130000 r /min的開關(guān)磁阻電機(jī)。
最后對三種主要類型的高速電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)一下:
經(jīng)過不斷的的發(fā)展, 國外對高速電機(jī)的研究已具備了相當(dāng)?shù)幕A(chǔ), 產(chǎn)業(yè)化勢頭良好。國內(nèi)對高速電機(jī)的研究基礎(chǔ)還較薄弱, 產(chǎn)業(yè)化水平較低, 國內(nèi)對高速電機(jī)的研制多集中在中小功率和較低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi), 與國外尚有較大差距。
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