為了避免臨界轉速振動,高速電機的轉子設計非常關鍵,需要作嚴格的模態分析和測試。在設計時需要將長徑比作為優化變量:轉子設計過粗短,能夠提高臨界轉速的上限,不易發生共振,但轉子克服離心應力的難度會增加。反過來轉子設計的細長,離心強度問題改善,但臨界轉速下移,出現共振概率提高,而且電磁功率也會隨之下降。因此轉子的設計需要反復平衡,是高速電機設計的重中之重。
五、高效的問題
電機損耗隨轉速幾何級數提高, 高損耗使得電機效率快速衰減,為了實現高效,必須治理好各類損耗。以鐵耗為例,為了降低渦流損耗,一般采用0.10 mm、0.08 mm的超薄硅鋼片。超薄片能夠降低渦流損耗但改善不了磁滯損耗,因此超薄片的鐵耗磁滯損耗占大頭,而普通片中渦流損耗占大頭。改善磁滯損耗,可以從下面三條路子出發:
1.優化磁路設計提高磁場正弦性、降低諧波鐵耗;
2.降低磁負荷、增加熱負荷,降低基波鐵耗;
3.從材料選型出發,選擇磁滯損耗較小的硅鋼片。
高速電機中頻率最高的磁場成分是由變頻器的PWM載波導入的,因為脈沖調制的工作原理不可避免的出現高頻電流諧波,這些電流又進一步產生出了高頻磁場,高頻磁場滲透入磁鋼、定轉子表面產生高頻損耗。有些高速電機采用多電平驅動結構來改善PWM邊頻帶諧波。
六、軸承的問題
高速電機的軸承選擇是關鍵的問題,一般有磁懸浮、空氣軸承、滑動機械軸承、滾珠機械軸承四大類可以選型。磁懸浮軸承應用在較大功率的場合,空氣軸承應用在功率和尺寸較小的場合。機械軸承往往需要油潤滑,在很多無油應用中受限制。
高速電機的軸承選擇是關鍵的問題,一般有磁懸浮、空氣軸承、滑動機械軸承、滾珠機械軸承四大類可以選型。磁懸浮軸承應用在較大功率的場合,空氣軸承應用在功率和尺寸較小的場合。機械軸承往往需要油潤滑,在很多無油應用中受限制。
本文介紹了高速電機的八大類應用和六種關鍵技術。總的來說高速電機是一種前景廣泛,技術挑戰極高的應用。有些技術看起來離我們很遠,但從發展的角度我們能夠看到“淺高速-中高速-超高速-超超高速”的脈絡一直在演進。相比十年前,如今一兩萬的轉電機已經司空見慣。因此高速化是“長期主義”,會緩慢的改變產業的格局。因此無論是尋找新領域機會,還是提升現有產品競爭力,高速化技術都是值得長期投資的領域。
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