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高功率且高转速的发电机有何技术难度?

我们都知道发电机对科技的影响,尤其是很多高精尖设备和产品,对发电机更是有发言权,有没有使用好的发电机很多时候是显而易见的,那么高功率密度且高转速的发电机有何技术难度?为什么很难做出高功率密度且高转速的发电机?

先说一下概念:电机的功率密度是指电机单位质量所折合的输出功率(单位为kw/kg),是考核一台电机设计好后先进性和经济性的重要指标。电机功率密度的提出是现代电机设计的新发展,特别用于航空航天、潜艇、风力发电等特殊场合的电机,要求所应用的电机具有较高的功率密度,即在电机工作能力不变的情况下,其重量更轻、体积更小,同时保证运行的高效率性。

目前,国内的高功率密度电机发现的如何呢?目前我国对于高功率密度电机的研究技术相对落后,电机的功率密度还相对较低。为了提高电机的功率密度,我们通常采用以下三种方法:

①合理优化电机电磁设计和采用高性能的电磁材料;

②适当提高电机的额定转速,转速一般可高达上万转;

③提高电机的散热能力

就拿鼠笼式异步风力发电机来说吧,为了提高鼠笼异步风力发电机的功率密度,在对电机进行设计时通常采用较高的电磁负荷,从而造成电机单位质量的损耗增大,同时也导致各部件温度升高,严重影响电机的工作效率和运行性能。

要生产高功率密度电机有几个难点,也就是电机高功率密度设计的关键技术需要解决,他们是:高功率密度电机中存在振动噪声大、效率低、温升高等问题

1、抑制电机电磁振动和噪声的技术在其他参数指标一定的情况下,提高电机的磁负荷会对电机气隙内磁场分布造成影响,使得电机运行过程中电与磁之间进行能量交换时造成阻碍,增大电机工作的困难程度,减低电机效率和性能,长久运行会加大振动和噪声,严重影响电机寿命和工作安全性。电机的槽配合对电磁振动和噪声的产生、抑制都具有决定性的作用,为了解决电磁振动和噪声大的问题,研究和设计不同槽配合下电机振动和噪声情况,确定能够抑制电磁振动和噪声的最佳槽配合方案是高功率密度鼠笼异步风力发电机电磁设计时的一项关键技术。

2、提高效率、保证电机可靠运行的技术在电机容量不变的情况下,减小电机尺寸会增大电机的负荷,从而对其功率造成影响,降低电机的效率和运行性能。同时,由于抑制电磁振动和噪声而改变的槽配合,会相应地增大杂散损耗,也造成了效率的下降。因此,为了保证电机高效、可靠地运行,要研究能够确保电机各项性能正常工作的措施。磁性槽楔应用于大型开口槽电机中,可以提高电机效率,改善电机性能。确定磁性槽楔的使用情况对于确保电机高效、可靠运行有着重大的意义。

3、电机散热、降低温升的技术温度问题一直以来都是电机设计的重点和难点,尤其对于高功率密度电机,热负荷的提高必然会增大电机的温度,加大平均温度和最高温度的差值,使电机发热严重,温度提高,对电机的运行稳定性和安全性带来一定的威胁。电机的通风冷却设计和温度场分析是控制电机温升的主要设计方法,如何合理改进电机通风冷却系统对于电机内的温度分布有着决定性的作用,是高功率密度电机设计时要重点研究的技术。

再说说高速的问题,其实电机转子的高速化是提高电机功率密度一个很重要的方向;但是任何事情有利就有弊,在转速提高的同时,电机供电频率会很高,高功率密度电机的供电频率通常在几百甚至上千赫兹,随着频率的提高,铁心损耗会迅速增加,铁心损耗占高速电机总损耗的比重增大。你说的转速高(60000~80000r/min)的发电机有没有呢?你可以这样想,你这么高的转速,给电机的供电频率得多高?得上千赫兹了吧。我查到目前有最高10000r/min多一点的。还有就是高速电机的转速要比普通异步电机的转速快几倍到十几倍,在旋转过程中,必然产生比普通电动机高得多的离心力,这将使得转子材料承受很大的切向应力。当线速度达到250m/s以上时,常规的叠片转子难以承受高速旋转产生的离心力,因此需要采用特殊的高强度叠片或对转子施加一定保护措施。所以电机材料的要求也就高了很多很多。特斯拉电动汽车用异步电机额定功率为85kW,额定转速为6000r/min,最高转速可到14000r/min

以上就是小编关于高功率密度且高转速的发电机有何技术难度的回答,其实需要我们做的还有很多,尤其是发电机小型化后,相比尺寸下降,输出功率会指数下降。10分之一的体积会将功率缩减到远小于10分之一。即使提高转速,也会带来气流损耗和润滑失效等问题。主要的技术难度在于设计上的小型化和制造上的先进材料和加工工艺。比如,高耐热合金,散热系统,转子动平衡和噪音,空气薄膜高速轴承和润滑等。

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