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    高速電機國內外現狀
    [發布時間]:2022年4月25日 [來源]:電機技術及應用 [點擊率]:4761
    【導讀】: 一、高速電機簡介  高速電機通常指轉速超過 10000 r min的電機。高速電機體積小、可與高速負載直接相連、省去傳統的機械增速裝置、減小系統噪音和提高系統傳動效率。目前成功實現高速化的主要有感...

      一、高速電機簡介
      高速電機通常指轉速超過 10000 r /min的電機。高速電機體積小、可與高速負載直接相連、省去傳統的機械增速裝置、減小系統噪音和提高系統傳動效率。目前成功實現高速化的主要有感應電機、永磁電機、開關磁阻電機。
    高速電機的主要特點是轉子速度高、定子繞組電流和鐵心中的磁通頻率高、功率密度和損耗密度大 。這些特點決定了高速電機具有不同于常速電機特有的關鍵技術與設計方法,設計和制造難度往往成倍大于普通速電機。

      高速電機的應用領域:
      (1) 高速電機在空調或冰箱的離心式壓縮機等各種場合得到應用。
      (2) 隨著汽車工業混合動力汽車的發展,體積小,重量輕的高速發電機將會得到充分的重視,并在混合動力汽車,航空,船舶等領域具有良好的應用前景。
      (3)由燃氣輪機驅動的高速發電機體積小,具有較高的機動性,可用于一些重要設施的備用電源,也可作為獨立電源或小型電站,彌補集中式供電的不足,具有重要的實用價值。

      下圖為工業機器人高光機,應用的永磁無刷直流電機350W60kr/min。

      二、高速電機國內外發展現狀
      1、高速感應電機
      感應電機轉子結構簡單、轉動慣量低,并且能夠在高溫和高速的條件下長時間運行,因此感應電機在高速領域應用比較廣泛。
      目前,國內外高速感應電機中,功率最大的為15MW,其轉速為20000 r/min,為ABB公司2002年研制,采用實心轉子結構。高速感應電機速度最大的是由Westwind Air Bearings研制的,轉速為300000 r/min,其功率為200 W,用于PCB鉆床主軸。同樣,國外還實現了功率為10kW,180000r/min轉速的高速感應電機用作測試電機。
      下圖為Westwind Air Bearings研制的高速感應電機,功率200W,轉速300000 r/min。

      國內的研究相對落后,其中沈陽工業大學、重慶德馬電機、海軍工程大學、浙江大學等研究單位對高速感應電機開展了許多研究工作。
      重慶德馬電機研制了100kW、25000r/min高速感應電機。沈陽工業大學對功率為280kW、轉速為12000r/min,線速度為132m/s,采用普通疊片結構的高速感應電機進行了相關研究。海軍工程大學對 2.5 MW的高速感應電機開展了相關研究等等。

    表1 國內外高速感應電機的研究

      2、高速永磁電機
      永磁電機由于其效率和功率因數高及轉速范圍大等優點,在高速應用領域備受青睞。相對于外轉子永磁電機,內轉子永磁電機具有轉子半徑小及可靠性強的優點,成為高速電機首選。
      目前,國內外高速永磁電機中,功率最大的高速永磁電機,是美國研究的,功率為8MW,轉速15000r/min,為面貼式永磁轉子,保護套采用的是碳纖維,冷卻系統采用風冷水冷結合的方式,用于與燃氣輪機匹配的高速電機。
      瑞士的蘇黎世聯邦理工學院設計了最高轉速的高速永磁電機。參數為500000 r/min,功率為1kW,線速度為261m/s,采用合金保護套。
      國內對高速永磁電機的研究主要集中在浙江大學、沈陽工業大學、哈爾濱理工大學、哈爾濱工業大學、西安交通大學、南京航空航天電機、東南大學、北京航空航天大學、江蘇大學、北京交通大學、廣東工業大學、南車株洲電機有限公司等。
      他們對高速電機的設計特點、損耗特性、轉子強度與剛度計算以及冷卻系統設計與溫升計算等方面開展了相關的研究工作, 并制作了不同功率等級和轉速的高速樣機。
      沈陽工業大學與江蘇航天動力機電有限公司合作,已研制了1120 kW、18000r/min 的高速永磁電機,如圖所示,該電機采用面貼式永磁轉子結構,轉子表面線速度為180m /s,采用碳纖維保護措施。

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