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高速電機(jī)為什么那么難搞?
內(nèi)容簡(jiǎn)介:高速電機(jī)不是廠家不想做,而是研發(fā)高速電機(jī)的難度不是一般的大,那是相當(dāng)?shù)拇,難在哪呢?今天西安西瑪電機(jī)技術(shù)人員就給寶寶們說(shuō)說(shuō)高速電機(jī)為什么那么難搞。
      所謂高速電機(jī)就是轉(zhuǎn)速很高的電機(jī),究竟多高轉(zhuǎn)速的電機(jī)算高速電機(jī),沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的定義,通常說(shuō)轉(zhuǎn)速超過(guò)10000轉(zhuǎn)/分鐘的電機(jī)就算高速電機(jī),其實(shí)這也就是那么一種說(shuō)法,轉(zhuǎn)速大于10000轉(zhuǎn)/分鐘與小于10000轉(zhuǎn)/分鐘在本質(zhì)上并沒(méi)有一個(gè)分水嶺式的意義和區(qū)別,與其從轉(zhuǎn)速上區(qū)分高低速電機(jī)倒不如從轉(zhuǎn)子表面線速度上區(qū)分更科學(xué)些,因?yàn)殡姍C(jī)里的許多限制條件與線速度密切相關(guān)。因此西安西瑪電機(jī)技術(shù)人員這里所說(shuō)的高速電機(jī)就是指利用一般電機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)難以滿足電機(jī)高轉(zhuǎn)速要求,必須特殊考慮的那些電機(jī)。
      學(xué)過(guò)電機(jī)設(shè)計(jì)的寶寶們都知道,電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低與電機(jī)的體積重量密切相關(guān),同樣功率的電機(jī)轉(zhuǎn)速越高體積重量越小。隨著電機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,高速越來(lái)越被人們重視,許多高速設(shè)備希望去掉變速箱,直接用高速電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)(即所謂的"直驅(qū)"),以簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低成本、提高效率。從電機(jī)本身來(lái)講,也希望通過(guò)提高轉(zhuǎn)速減小體積重量以降低成本。因此,近年來(lái)高速電機(jī)的需求越來(lái)越大,許多廠家也紛紛打出高速電機(jī)的招牌,然而,真正要訂貨,卻難以找到技術(shù)成熟的貨架產(chǎn)品。這么好的事,廠家用戶都在追求的一種東東,怎么就很少有成熟的產(chǎn)品呢?前面說(shuō)了,不是廠家不想做,而是研發(fā)高速電機(jī)的難度不是一般的大,那是相當(dāng)?shù)拇螅y在哪呢?今天西安西瑪電機(jī)技術(shù)人員就給寶寶們說(shuō)說(shuō)高速電機(jī)為什么那么難搞。
      1 軸承的限制。旋轉(zhuǎn)電機(jī)都離不開(kāi)軸承,傳統(tǒng)的軸承除了它的承載能力外還有一個(gè)重要的制約條件,那就是它的dn值(其實(shí)這個(gè)值代表了軸承檔的線速度),所謂dn值就是軸承檔的直徑與轉(zhuǎn)速的乘積,一般來(lái)講,軸承的dn值不能超過(guò)2*10^6,如果電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高功率又比較大,那必然會(huì)受到這個(gè)值的制約,采用一般的軸承就不能滿足要求了。解決這個(gè)問(wèn)題一方面需要軸承行業(yè)提高技術(shù),另一方面需要另辟蹊徑,采用一些新技術(shù),如氣懸浮軸承、磁懸浮軸承等。
      2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)限制。轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子上的零部件必然會(huì)受到強(qiáng)大離心力的作用,還有氣隙磁場(chǎng)徑向和切向電磁力的作用,當(dāng)轉(zhuǎn)速高到一定程度,則相關(guān)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就會(huì)受到制約,特別是轉(zhuǎn)子繞組端部、磁鋼的緊固結(jié)構(gòu)、槽根部、槽契、磁極緊固結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子鑄鋁結(jié)構(gòu)或銅條焊接、換向器等零部件和結(jié)構(gòu)都會(huì)受到制約,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和緊固方法已不能滿足要求,必須采取特殊的設(shè)計(jì)和工藝來(lái)保證。解決這方面的新技術(shù)包括高強(qiáng)度不銹鋼套、磁鋼內(nèi)嵌設(shè)計(jì)技術(shù)、高強(qiáng)度玻璃纖維打箍技術(shù)、高強(qiáng)度碳纖維打箍技術(shù)、焊接新技術(shù)、高強(qiáng)度硅鋼材料技術(shù)、實(shí)心轉(zhuǎn)子技術(shù)等。
      3 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)限制。一般電機(jī)的轉(zhuǎn)速都會(huì)遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的一階臨界轉(zhuǎn)速,稱為"剛性轉(zhuǎn)子",不必考慮轉(zhuǎn)子二階以上的振動(dòng)模態(tài)和變形,但高速電機(jī)轉(zhuǎn)速可能會(huì)超過(guò)一階甚至二階臨界轉(zhuǎn)速,稱為"柔性轉(zhuǎn)子",這種轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)就像面條一樣軟,這就必須要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行精確的動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算,采取相應(yīng)的抑制措施。需要的技術(shù)包括轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的精確仿真計(jì)算、柔性轉(zhuǎn)子的平衡技術(shù)、轉(zhuǎn)子剛度平衡技術(shù)、軸鋼材料技術(shù)等。
      4 發(fā)熱及冷卻方面的限制。高速電機(jī)體積重量小,是其突出優(yōu)點(diǎn),但體積的減小必然帶來(lái)散熱面積的減小,而電機(jī)的效率是不會(huì)有太大差異的,這就意味著同功率電機(jī)的損耗(即發(fā)熱量)差異不大,而散熱面積差異很大,因此高速電機(jī)的冷卻散熱問(wèn)題就顯得非常突出。另一方面從電機(jī)發(fā)熱角度看,由于電機(jī)轉(zhuǎn)速極高,通常頻率會(huì)很高,而鐵耗與頻率的1.3~1.5次方成正比,因此鐵耗增大會(huì)非常突出,另外轉(zhuǎn)速極高使得風(fēng)磨損耗和雜散損耗也會(huì)急劇惡化,老師就曾見(jiàn)過(guò)由于轉(zhuǎn)子表面光潔度不夠,高速運(yùn)行時(shí)僅空氣摩擦就把轉(zhuǎn)子表面燒變顏色的案例。一方面散熱惡化,另一方面發(fā)熱也不消停,再加上由于轉(zhuǎn)子緊固結(jié)構(gòu)需要打箍或鑲不銹鋼套,不銹鋼套是金屬良導(dǎo)電體,會(huì)增加轉(zhuǎn)子雜散損耗,而打箍材料無(wú)論是玻璃鋼還是碳纖維都是熱的不良導(dǎo)體,各種因素的疊加使得高速電機(jī)的溫升成為一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。解決途徑包括精確的電磁和熱計(jì)算技術(shù)、先進(jìn)的冷卻技術(shù)(如蒸發(fā)冷卻技術(shù)等)和冷卻結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的材料技術(shù)等。
      5 振動(dòng)噪聲限制。振動(dòng)和噪聲是電機(jī)的重要技術(shù)指標(biāo),高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速很高,使得激振頻率很高,加之電機(jī)細(xì)長(zhǎng),質(zhì)量較輕,阻尼比較小,振型豐富,易產(chǎn)生各種頻率的振動(dòng)。振動(dòng)是噪聲之源,振動(dòng)大則結(jié)構(gòu)噪聲必然會(huì)大,且由于轉(zhuǎn)速極高也容易產(chǎn)生較大的空氣噪聲。試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到還未達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速振動(dòng)和噪聲就已經(jīng)大得無(wú)法繼續(xù)試驗(yàn)下去了。因此減振降噪是高速電機(jī)必須解決的問(wèn)題,也是特別難搞定的問(wèn)題,需要在電磁設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面綜合考慮。
      6 結(jié)構(gòu)尺寸方面的限制。從理論上講,高速電機(jī)尺寸較小是其最大的優(yōu)勢(shì),但與低速電機(jī)相比,同功率的電機(jī)如果電壓也相同,那么電流就會(huì)相同或相近,所用的引出線截面并不會(huì)減小,在相對(duì)低速的電機(jī)中,由于電機(jī)體積較大,有足夠大的空間布置引出線,電纜引出往往不存在任何問(wèn)題,而高速電機(jī)內(nèi)部空間尺寸狹小,特別是繞組端部,往往沒(méi)有空間容納截面較大的引出電纜,因此高速電機(jī)的電纜引出就成了一個(gè)大問(wèn)題,必須專門予以考慮。甚至不得不為此專門放大體積尺寸,使得高速電機(jī)體積小的優(yōu)勢(shì)大打折扣。
      7 控制方面的限制。高速電機(jī)通常都要用變頻器進(jìn)行控制,由于轉(zhuǎn)速極高,導(dǎo)致基頻很高,而電力電子器件的開(kāi)關(guān)頻率是有限的,而且開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高會(huì)使器件發(fā)熱嚴(yán)重,變頻器效率降低。在一定的開(kāi)關(guān)頻率下,調(diào)制出較高的基頻必然使得調(diào)制比降低,諧波增大,波形變差,進(jìn)一步惡化電機(jī)的發(fā)熱和效率,從而制約了轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高。通常配高速電機(jī)的變頻器需要專門設(shè)計(jì)。
      8 加工方面的限制。高速電機(jī)尺寸配合精度高,形位公差和粗糙度要求高,需要精密的加工設(shè)備和工藝來(lái)保證。除此之外由于高速電機(jī)的許多特殊設(shè)計(jì)往往要靠特殊的工藝技術(shù)來(lái)保證,如特殊的焊接工藝(離子束焊、電子束焊、攪拌摩擦焊等)、碳纖維打箍工藝、薄壁件精密機(jī)加工藝、高速動(dòng)平衡工藝等等。
      9 材料限制。前面已經(jīng)說(shuō)了,高速電機(jī)會(huì)涉及到許多新材料的應(yīng)用,如高強(qiáng)度低損耗導(dǎo)磁材料、耐高溫稀土永磁材料、高強(qiáng)度玻璃纖維和碳纖維材料、耐高dv/dt絕緣材料等等。
      10 電磁兼容方面的限制。高速電機(jī)基波頻率已很高,加之高次諧波較大,使得電磁發(fā)射能量較大,不僅傳導(dǎo)發(fā)射大,高頻輻射也成為不得不重點(diǎn)考慮的因素,否則會(huì)對(duì)周圍電器設(shè)備造成電磁干擾; 又由于高速電機(jī)轉(zhuǎn)速極高,若對(duì)其精確控制不僅需要分辨率極高的傳感器,而且控制信號(hào)的頻率會(huì)更高,控制器動(dòng)態(tài)性能要求更高,這勢(shì)必造成控制器的敏感性高,抗干擾能力變差。因此高速電機(jī)的電磁兼容性能也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。
      正因?yàn)橐陨系脑虿艑?dǎo)致高速電機(jī)雖然很熱門,但真正搞出成熟產(chǎn)品卻極其困難,上面西安西瑪電機(jī)技術(shù)人員列出的因素只是高速電機(jī)所遇到的主要問(wèn)題,另外還有一些細(xì)節(jié)問(wèn)題我們就不贅述了,當(dāng)然根據(jù)產(chǎn)品種類、結(jié)構(gòu)以及用途的不同,上面的問(wèn)題也并不是所有高速電機(jī)都會(huì)遇到,但總會(huì)遇到其中的幾個(gè)方面問(wèn)題。上面十個(gè)方面的問(wèn)題涉及眾多專業(yè),對(duì)于搞高速電機(jī)的寶寶們,如果你在上述十個(gè)方面都能說(shuō)出點(diǎn)道道,或一兩個(gè)方面搞精,那你就牛X了,你就可以找老板要求漲工資了,否則還是好好自己再修煉。對(duì)于采購(gòu)使用高速電機(jī)的寶寶們,別凈聽(tīng)廠家瞎忽悠,你去找他們考察、洽談,找他們最牛的人就針對(duì)以上十個(gè)方面提問(wèn)題,看他們的回答就知道這家產(chǎn)品靠不靠譜。對(duì)于招聘高速電機(jī)人才的單位,面試時(shí)從以上十個(gè)方面問(wèn),即可鑒別出是不是干高速電機(jī)的材料。當(dāng)然以上十個(gè)方面涉及專業(yè)面廣,不能說(shuō)每個(gè)方面都可以寫出一本書,但每個(gè)方面都可以寫幾篇像回事的論文,寫幾篇瞎想還是木有問(wèn)題的。
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西瑪三相異步電動(dòng)機(jī)已成為發(fā)展的主要方向。
  整個(gè)電機(jī)行業(yè)的平均利潤(rùn)水平呈U型,競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手?jǐn)?shù)量呈U型反轉(zhuǎn)。目前,三相異步電動(dòng)機(jī)行業(yè)市場(chǎng)化程度較高,擁有眾多電機(jī)企業(yè),整個(gè)行業(yè)正處于整合優(yōu)化的過(guò)程中。微電機(jī)和大型電機(jī),包括一些特種電機(jī),由于其技術(shù)難度大、初始投資大、技術(shù)門檻高,處于U型曲線的最高端。
西安西瑪電機(jī)原廠生產(chǎn)的電機(jī)滑環(huán)的抗干擾性能很強(qiáng)嗎
  西瑪電機(jī)在電機(jī)滑環(huán)干擾源的導(dǎo)線上加一個(gè)屏蔽層,屏蔽層接地。方法:如果遇到高工作電壓和高頻率,滑環(huán)應(yīng)選擇電磁感應(yīng)屏蔽。在電磁感應(yīng)屏蔽中,用金屬材料和導(dǎo)電體原材料作為屏蔽層,可以產(chǎn)生很好的電磁干擾。
如何根據(jù)空載電流判斷西瑪電機(jī)性能?
  一般來(lái)說(shuō),小型電機(jī)的空載電流約為額定電流的30%~70%,大中型西瑪電機(jī)的空載電流約為額定電流的20%~40%。特別是,特定西瑪電機(jī)的空載電流一般不在銘牌或電機(jī)產(chǎn)品手冊(cè)上標(biāo)明。
交流電機(jī)的用途和作用有哪些?
  西安西瑪電機(jī)有限公司生產(chǎn)的交流電機(jī)使用和控制非常方便。具有自動(dòng)啟動(dòng)、加速、制動(dòng)、倒車、保持等功能,可滿足各種操作需要。電機(jī)工作效率高,無(wú)煙、無(wú)臭、無(wú)污染。環(huán)境和噪音也很低。由于其諸多優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、商業(yè)、家用電器、醫(yī)療電器等領(lǐng)域。
直流電機(jī)和交流電機(jī)的具體區(qū)別是什么?
  首先,直流電機(jī)和交流電機(jī)都是由于磁場(chǎng)的作用而工作的電機(jī)。直流電可以看作是步進(jìn)電機(jī)的一種。一般來(lái)說(shuō),直流電機(jī)的功率不如交流電機(jī),特別是無(wú)刷電機(jī)克服了有刷電機(jī)的許多缺點(diǎn),但也存在諧振等缺點(diǎn)。
一種將傳統(tǒng)機(jī)床電主軸電機(jī)革命性的升級(jí)技術(shù)方案
  一種將傳統(tǒng)機(jī)床電主軸革命性的升級(jí),在原有不改變機(jī)床配置的前提下可以提高傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床電主軸的加工能力,可以從原來(lái)的0-24000RPM的加工范圍,擴(kuò)展到0-100000RPM的超高轉(zhuǎn)速的加工,這主要得力于Kasite(卡西德)提供的技術(shù)方案:
航空工業(yè)造超高效工業(yè)電機(jī)獲一級(jí)節(jié)能認(rèn)證
  中航電動(dòng)汽車(鄭州)有限公司研制生產(chǎn)的高效工業(yè)電機(jī)正廣泛應(yīng)用于紡織行業(yè)的細(xì)紗機(jī)和化纖紡織機(jī)等高牽入轉(zhuǎn)矩節(jié)能電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),相對(duì)于紡織專用異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),有功節(jié)電率在8%~19%之間。
永磁電機(jī)讓我海軍戰(zhàn)力再提升。
  永磁體的磁場(chǎng)會(huì)隨著時(shí)間減弱,特別是在極端的情況下,例如高溫、低溫這樣的情況下,永磁體的磁場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)永久性的減弱。而潛艇的主電機(jī)如果用永磁電機(jī)的話,就要有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)水平。
交流同步電機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置成功投運(yùn)及技術(shù)。
  目前國(guó)產(chǎn)大功率變頻裝置成功應(yīng)用于同步電機(jī)的實(shí)例很少,都是國(guó)外品牌一統(tǒng)天下。目前我國(guó)大型同步電機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速雖然剛剛起步,但國(guó)外已經(jīng)廣泛使用。通過(guò) 他們長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐表明:應(yīng)用高壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益良好、其可靠性也可以得到保證。因此我國(guó)高壓同步電機(jī)變頻調(diào)速裝置將來(lái)的市場(chǎng)前景巨大。
原材料,電機(jī),企業(yè),成本
  電機(jī)企業(yè)在采購(gòu)戰(zhàn)略的選擇上,不同企業(yè)差異性較大,這種差異性從根本上來(lái)講決定于企業(yè)所處的行業(yè)環(huán)境、企業(yè)自身規(guī)模以及企業(yè)特點(diǎn)。
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