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高速电机国内外现状
[发布时间]:2022年4月25日 [来源]:电机技术及应用 [点击率]:11349
【导读】: 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...

  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。

  下图为工业机器人高光机,应用的永磁无刷直流电机350W60kr/min。

  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。
  目前,国内外高速感应电机中,功率最大的为15MW,其转速为20000 r/min,为ABB公司2002年研制,采用实心转子结构。高速感应电机速度最大的是由Westwind Air Bearings研制的,转速为300000 r/min,其功率为200 W,用于PCB钻床主轴。同样,国外还实现了功率为10kW,180000r/min转速的高速感应电机用作测试电机。
  下图为Westwind Air Bearings研制的高速感应电机,功率200W,转速300000 r/min。

  国内的研究相对落后,其中沈阳工业大学、重庆德马电机、海军工程大学、浙江大学等研究单位对高速感应电机开展了许多研究工作。
  重庆德马电机研制了100kW、25000r/min高速感应电机。沈阳工业大学对功率为280kW、转速为12000r/min,线速度为132m/s,采用普通叠片结构的高速感应电机进行了相关研究。海军工程大学对 2.5 MW的高速感应电机开展了相关研究等等。

表1 国内外高速感应电机的研究

  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,成为高速电机首选。
  目前,国内外高速永磁电机中,功率最大的高速永磁电机,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。
  瑞士的苏黎世联邦理工学院设计了最高转速的高速永磁电机。参数为500000 r/min,功率为1kW,线速度为261m/s,采用合金保护套。
  国内对高速永磁电机的研究主要集中在浙江大学、沈阳工业大学、哈尔滨理工大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学、南京航空航天电机、东南大学、北京航空航天大学、江苏大学、北京交通大学、广东工业大学、南车株洲电机有限公司等。
  他们对高速电机的设计特点、损耗特性、转子强度与刚度计算以及冷却系统设计与温升计算等方面开展了相关的研究工作, 并制作了不同功率等级和转速的高速样机。
  沈阳工业大学与江苏航天动力机电有限公司合作,已研制了1120 kW、18000r/min 的高速永磁电机,如图所示,该电机采用面贴式永磁转子结构,转子表面线速度为180m /s,采用碳纤维保护措施。

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