高速电机在以下各方面具有广阔的应用前景:
(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,而随着科学技术的发展,特殊要求越来越多,它的应用也会越来越广泛。
(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。
由于高速电机转子上的离心力与线速度的平方成正比,高速电机要求具有很高的机械强度;又由于高速电机频率高,铁耗大,在设计时应适当降低铁心中的磁密,采用低损耗的铁心材料。
轴承的研究也是与高速电机密不可分的内容,因为普通轴承难以承受在高速系统中承受长时间运行,必须采用新材料和新结构的轴承。
高速电机可以有多种结构形式,如感应电机、永磁电机和磁阻电机等。电机在高速旋转时的离心力很大,当线速度达到200m/s以上时,常规叠片转子难以承受高速旋转产生的离心力,需要采用特殊的高强度叠片或实心转子。
在转子动力学发展的近百年的历史中,出现过很多计算方法,发展到今天,现代的计算方法主要可以分为两大类:传递矩阵法和有限元法。
有限元法的运动方程表达方式简洁,规范,在求解转子动力学问题或转子和周围结构一起组成的复杂机械系统的问题时,有很多优点。有限元法对复杂转子系统剖分庞大,计算结果比传递矩阵法准确,然而计算耗时长,占用内存大。现代计算机技术的发展,给有限元法提供了良好的硬件技术,。
高速电机一般应用于数控雕刻机、精密磨床及高速离心设备等设备,本方案以数控雕刻机为例来阐述S350变频器在高速电机上的应用。
主轴系统是数控雕刻机的重要组成部件,其性能对数控雕刻机整机的性能有着至关重要的影响。主轴电机多采用两极高速无刷水冷电机,噪音小、切割力度大,运行转速一般在0~24000RPM,对应的变频器运行频率为0~400HZ。因此系统要求稳速精度高、低速时力矩大、加减速时间短、高速时温升低等来满足高生产效率与加工品质。
1、基本操作
将S350控制方式选择为V/F控制模式,用DCM端子来接收数控系统模拟量信号(0~10V),MI1端子来控制起停,通过MI2~MI4端子来设置生产需要的七段速。MI5端子作为故障输入。
根据现场生产要求,将参数F0.18和F0.19设置成2秒(加减速时间),因运行转速较高,变频器需带制动单元。系统在50HZ,100HZ,200HZ,250HZ,300HZ,350HZ,400HZ这七段速度频率下,运行稳定,400HZ(对应24000RPM)时温升低,可以有效延长电机的寿命。
七段速参考端子设定:
MI2: 50HZ MI3: 100HZ MI3 MI2: 200HZ MI4: 250HZ
MI2 MI4: 300HZ MI3 MI4: 350HZ MI2 MI3 MI4: 400HZ
总而言之,国外对高速电机及相关技术的研究比较早,已经取得了很多的研究成果,而且随着新材料的不断出现,加工工艺的不断改进,技术必将以更快的速度向前推进。国内对高速电机的研究还不是很多,基本上限于功率较小的发电机或电动机。