Tìm hiểu động cơ máy điện tốc độ cao

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN MỞ ĐẦU: MÁY ĐIỆN TỐC ĐỘ CAO VÀ TRUYỀN ĐỘNG .2 CHƯƠNG 1: MÁY ĐIỆN TỐC DỘ CAO: CÔNG NGHỆ , XU HƯỚNG VÀ SỰ PHÁT TRIỂN 1.1 TÌM HIỂU MÁY ĐIỆN TỐC ĐỘ CAO 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Tổng quan ứng dụng .8 1.1.3 Vật liệu 18 1.1.4 Tổng hợp công nghệ máy điện tốc độ cao 25 1.1.5 Thống kê máy tốc độ cao 38 CHƯƠNG 2.MỘT CẤU TRÚC MỚI CHO ỨNG DỤNG MÁY CỠ NHỎ TỐC ĐỘ CAO 41 2.1 GIỚI THIỆU 41 2.2 MÁY STATOR NẰM NGANG .44 A Mô tả Khái niệm .44 2.3 MÔ HÌNH VÀ TỐI ƯU HỐ 47 2.4 THIẾT KẾ BÀN THỬ NGHIỆM 54 2.5 KẾT QUẢ ĐO 60 2.5 KẾT LUẬN .64 CHƯƠNG 3.ỨNG DỤNG MÁY ĐIỆN TỐC ĐỘ CAO: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ NHƯNG THỎA HIỆP 66 3.1 KHÁI NIỆM 66 3.2 ỨNG DỤNG TRỤC ĐIỆN .69 3.3 THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 71 3.3.1 Khía cạnh điện 71 3.3.2 Khía cạnh khí 75 PHỤ LỤC .83 KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 LỜI NÓI ĐẦU Ngày công nghệ ngày phát triển , xu huớng nghiên cứu phát triển loại máy điện có tính đêm lại hiếu suất cao ơn sản xuất.Máy điện tốc độ cao sáng kiên Máy điệntốc độ cao điều khiển trình phát triển cho số ứng dụng kỹ thuật máy mai, hệ thống tua-bin kep ,động ô tô Trong đợt tốt nghiệp em thầy giáo GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn hướng dẫn em “Tìm hiểu động máy điện tốc độ cao” Đề bao gồm chương : Chương 1: Máy điện tốc độ cao Chương 2: Máy cỡ nhỏ tốc độ cao Chương 3: Ứng dụng máy điẹn tốc độ cao Để hoàn thành tốt đồ án, em giúp đỡ nhiều mơn điện cơng nghiêp tự động hóa đặc biệt giúp đỡ tận tình thầy giáo GS.TSKH.Thân Ngọc Hoàn Sau mười hai tuần làm đồ án em hiểu biết thêm đuợc kiên thức máy điện ứng dụng máy điện thực tế Đó kinh nghiệm quý báu giúp em vững tin công việc sau Mặc dù cố gắng đề tài em nhiều thiếu sót, em mong bảo thầy Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, Ngày 22 tháng năm 2020 Sinh viên: PHẦN MỞ ĐẦU MÁY ĐIỆN TỐC ĐỘ CAO VÀ TRUYỀN ĐỘNG Việc sử dụng máy điện tốc độ cao điều khiển trình phát triển cho số ứng dụng kỹ thuật , bao gồm trục điện dao phay máymài ,hệ thống tăng áp , hệ thống điện turbo- kép , máy nén gió, máy bay trực thăng, động xe đua , máy bơm nhiên liệu Các ứng dụng có tốc độ cao với 10 000 vòng / phút , số vòng/phút kW lớn 105 Các ứng dụng với tốc độ tối đa lên đến 150 000-200 000 vòng/phút nghiên cứu sẵn sàng cho thử nghiệm Mối quan tâm khoa học công nghiệp chủ đề phát triển nhanh , công bố nghiên cứu nhằm cải tiến công nghệ với tác động đáng kể nhiều lĩnh vực ứng dụng Một ưu điểm máy điện tốc độ cao truyền động điện giảm trọng lượng hệ thống với sựbiến đổi lượng cho trước Điều cần thiết tất ứng dụng giao thông vận tải giảm trọng lượng kết trực tiếp giảm tiêu thụ nhiên liệu khí thải Hệ thống giao thông vận tải điện chủ đề có ý nghĩa quan trọng cho việc thúc đẩy công nghệ tốc độ cao Lý thứ hai để áp dụng máy điện tốc độ cao ứng dụng cải thiện độ tin cậy việc loại bỏ bánh trung gian , chẳng hạn truyền động điện tốc độ cao Trong báo ,một tổng quan công nghệ sử dụng máy điện tốc độ cao thảo luận thông qua khảo sát rộng rãi,phát triển từ công nghệ khác quan tâm ngành công nghiệp viện nghiên cứu Ngoài ra, báo cáo đề cập đến phát triển vật liệu thành phần chứa thép kỹ thuật điện, hợp kim đồng 18 báo khác chấp nhận nhóm lại loạt theo chủ đề họ Phần liên quan đến việc trình bày cấu trúc động Trong thực tế, để đảm bảo yêu cầu tải, ứng dụng máy điện tốc độ cao thường đòi hỏi cấu trúc điện từ có tính chất đổi mới, ba báo trình bày theo hướng máy điện với cấu trúc Bài báo , Tüysüzet al , trình bày sơ đồ cấu trúc động với stato ngang hữu ích cho ứng dụng khoan đầu mũi khoanbị giới hạn khơng gian làm việc [2] Stator động tăng theo hướng ngang cho phép thiết kế truyền động trực tiếp Bài báo thứ hai , Ikäheimoet al đề xuất máy điện từ kháng đồng có cấu trúc khí bền vững [3] Thiết kế rotor hai cực kết hợp đặc tính từ thơng mềm khối vật liệu khơng có từ tính Bài báo thứ ba , Gaussens et al , thực với sơ đồ cấu trúc máy kích từ lai với cuộn kích từ đặt khe stator cuộn dây dc bên [4] Máy điện truyền đông điện tốc độ cao mở rộng lĩnh vực ứng dụng, hệ truyền động điện trực tiếp áp dụng thay cho truyền động điện truyền thống tốc độ thấp kết nối với bánh khí Kết , để hiểu rõ đặc tính yêu cầu ứng dụng người ta giới thiệu lĩnh vực ứng dụng cách tân phát triển truyền động với động tốc độ lớn Vì lý , phần thứ hai trình bày với bốn ứng dụng thú vị máy điện truyền động tốc độ cao Bài báo , Silberet al ,trình bày truyền điện tốc độ cao với hệ thống treo không ma sát cho ứng dụng dệt may [5] Đơn vị rotor quay công nghệ dệt cách tân có khả đem lại suất cao giảm điện tiêu thụ giảm tích bụi Bài báo thứ hai , Crescimbiniet al , Thảo luận giải pháp cho việc phát triển truyền động điện gắn trự tiếp sử dụng kết hợp với tua bin giãn nở huớng tâm để phục hồi lượng khí thải dùng [6] Các máy điện truyền động tốc độ cao đóng vai trị quan trọng ứng dụng tô Bài báo thứ ba , Abrahamssonet al , Là chủ đề [7] Bài viết liên quan đến việc thiết kế tối ưu hóa hệ thống lưu trữ động 30 000 vòng/phút Thiết bị sử dụng tích lũy lượng đệm lên tới 870 Wh ,ở xe đô thị Bài báo thứ tư , Tenconiet al , Liên quan đến máy điện tốc độ cao sử dụng khoan điện [8] Bài viết tổng kết thảo luận khía cạnh điện khí liên quan đến việc thiết kế máy tốc độ cao, làm bật vấn đề cân mà nhà thiết kế phải xem xét Mối tương quan giảm thể tích tăng tốc độ, dựa đơn vị rotor - stator tần số cao thương mại , thảo luận Thiết kế máy điện tốc độ cao thách thức từ quan điểm điện khí cần xem xét Tần số điện áp cung cấp cau dẫn đến gia tăng tổn thất sắt thép mỏng stator tổn thất thêm cuộn dâydo tượng đẩy điện tích phía ngồi dây dẫn Vì lý trước đó, nhóm thứ ba sáu báo liên quan đến việc thiết kế điện từ máy điện tốc độ cao Bài báo , Liệt al , Thảo luận việc sử dụng ro to hình tay áo ảnh hưởng lên đặc tính điện từ [9] Phân tích thực máy phát điện nam châm vĩnh cửu siêu tốc độ Báo cáo thứ hai , Gonzales Saban , nghiên cứu tổn hao đồng máy điện nam châm vĩnh cửu tốc độ cao MW thiết kế với hình thức cuộn dây quấn [10] Đặc biệt , tác động cấu trúc rãnh hiệu ứng lân cận phân tích , xem xét khe mở rãnh nửa kín Bài báo thứ ba , Dems Komeza , phân tích việc sử dụng thép mỏng vơ định hình động không đồng nhỏ stator đc cấp với nguồn tần số cao [11] Bài báo thứ tư , Liệt al , Trình bày máy phát điện nam châm vĩnh cửu siêu tốc có vịng hợp kim phía mặt ngồi rotor [12] Vịng hợp kim sử dụng để cố định nam châm vĩnh cửu bảo vệ chúng khỏi ảnh hưởng tác động lực ly tâm lớn vàdo tổn hao dòng điện xốy bên vịng hợp kim roto sinh ra, làm tăng nhiệt độ máy Bài báo thứ năm, van der Geestet al , Trao đổi phương pháp đơn giản linh hoạt để ước tính tham số kí sinh stator, chẳng hạn hiệu ứng mặt hiệu ứng gần nên xuất phân bố khơng đồng dịng điện nhánh bổ sung thêm thành phần dịng điện tuần hồn [ 13 ] Bài báo cuối phần này, Papini et al , nói thiết kế động nam châm vĩnh cửu tốc độ cao sử dụng để hoạt độngv dung sai [14] Một tiếp cận đa ngành để để thiết kế tối ưu chấp nhận giảm thiểu tổn hao phụ thao làm việc điều kiện khơng phù hợpvà tính tốn cho chiến lược điều khiển phục hồi Xem xét khía cạnh học, tốc độ quay lớn ảnh hưởng đến ứng suất học tốc độ ngoại vi trục quay Kết , phần thứ tư viết dựa hai báo liên quan đến vấn đề khí vấn đề trục quay máy điện tốc độ cao Trước đây, viết Boissonet al , Trình bày phương pháp phân tích để xác định tần số riêng stator máy điện [15] Mơ hình dựa tính toán giảm thiểu tỉ số Rayleigh việc sử dụng mơ hình động học Timoshenko Mới Looser Kolar , đề ổ bi lai sử dụng khí động hocjkhis để nâng hỗ trợ tải, điều quan điểm dùng nam châm tích cực kích thước nhỏ dập từ trương Các giải pháp đề xuất sử dụng ổ đỡ hoạt động ổn định với ổ đỡ khí với nhơm phức tạp them giá tả tăng Tốc độ quay cao , hệ việc cung cấp tần số lớn làm phức tạp thêm vấn đề điều khiển cho xác máy điện Bộ Điều khiển thơng minh địi hỏi đo lường xác dịng điện stator,vị trí tốc độ rotor, tín hiệu phải xây dựng phần cứng tốc độ cao ( xử lý tín hiệu kỹ thuật số, ma trận tín hiệu điều khiển có khả lập trìn , vi điều khiển , vv) đạt yêu cầu băng thông cao Để hiển thị giải pháp , phần cuối mục đặc biệt bao gồm ba báo phần cứng tốc độ cao liên quan tới chiến lược điều khiển Bài báo , Mar Ceti ' cet al , Trình bày hiệu suất truyền động tốc đọ cao trụckhông cảm biến với tần số cắt mẫu chậm.Báo cáo thứ hai , Hasanzadehet al , Trình bày phần cứng nhiều tảng vịng kín để quan sát hoạt động máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu tốc độ cao gắn với Microturbine hệ thống điện điện tàu thủy Baì báo thứ ba viết Mitterhoferet al , đề cập với khả tốc độ cao truyền động không ổ đỡ thảo luận truyền động đĩa không ổ đỡ thiets kế dể đạt tốc độ cỡ 100 000 r / Trong báo, yêu cầu đặc tính học c hệ thống điều khiển cần thiết cho hoạt động tốc độ cao mô tả CHƯƠNG MÁY ĐIỆN TỐC ĐỘ CAO: CÔNG NGHỆ , XU HƯỚNG VÀ SỰ PHÁT TRIỂN 1.1 TÌM HIỂU MÁY ĐIỆN TỐC ĐỘ CAO 1.1.1.Giới thiệu Máy khí có Tốc độ quay cao phát triển sử dụng thời gian dài , tìm hiểu cách kỹ luỡng đuợc coi công nghệ đáng tin cậy số ứng dụng kỹ thuật Các ứng dụng bao gồmmáy nén kiểu tuabin, hệ thống khí tuabin- kép, van trượt máy nén gió , động máy bay trực thăng , động xe đua , máy bơm nhiên liệu với tốc độ làm việcvới 10 000 vòng / phút số vòng/phút kW lớn 10 mũ [1] Sự nghiên cứu cải tiến kỹ thuật theo huớng điều khiển máy điện tốc độ cao có phát triển nhanh chóng vài thập kỷ qua , với số lượng lớn ứng dụng thập kỷ qua Nó nhận định lĩnh vực nghiên cứu chiếm ưu nghiên cứu truyền động điện, phần tiến lĩnh vực công nghệ phần tác động đáng kể phát triển máy đuợc áp dụng nhiều lĩnh vực Điều phản ánh qua số lượng lớn chương trình nghiên cứu tài trợ nước quốc tế Bài báo khái quát số lĩnh vực ứng dụng máy điện tốc độ cao, kết luận lợi ích hệ thơng sáng giá Một ưu điểm rõ rệt máy tốc độ cao giảm bớt trọng lượng hệ thống đem lại tầm ảnh hưởng định cho chuyển đổi lượng Điều đặc biệt có ích ứng dụng điện thoại di động , nơi mà tiết kiệm trọng lượng đem lại kết trực tiếp việc giảm tiêu thụ nhiên liệu xạ Xu hướng hệ thống điện giao thông tương lai tạo sức hút đáng kể để thúc đẩy công nghệ tốc độ cao Người ta thấy lợi ích việc chấp nhận máy điện tốc độ cao số ứng dụng định cải thiện tính ổn định hệ thơng loại bỏ bánh trung gian mà truyền động trực tiếp Nghiên cứu phát triển lĩnh vực thúc đẩy phát triển chuyển mạch điện tử công suất , cấ trúc chuyển đổi , phương pháp điều khiển để vận hành máy điện có tần số làm việc cao Đây kết hợp với phát triển phần mềm vật liệu phần cứng , tạo khả điều độ bền ứng suất học cao tổn thất dòng ac thấp, vận tốc ngoại vi roto cao mật độ lượng cao Sau xem xét ứng dụng máy điện tốc độ cao nhiều lĩnh vực, viết làm bật tiến quan trọng gần công nghệ vật liệu liên quan đến máy tốc độ cao Khi , sơ đồ cấu trúc khác máy điện từ tài liệu xem xét so sánh khả tốc độ cao đặc tính thực 1.1.2 Tổng quan ứng dụng Trong số ứng dụng , máy điện tốc độ cao trực tiếp thay hệ thống khí tốc độ cao , ứng dụng khác , máy điện tốc độ cao bổ xung cho hệ thống khí tốc độ cao có Phần cho ta nhìn tổng quan hệ truyền động bên cạnh phát triển cho giải quang phổ loạt ứng dụng Danh sách chưa đầy đủ khái quát ứng dụng kéo theo công nghệ máy điện tốc độ cao A Máy điện tốc độ cao cho máy nhiều điện Quan điểm máy kéo có hiệu suất cao tích hợp hệ thống truyền động kéo lai nhằm nâng cao hiệu suất nhiên liệu giảm lượng khí thải độc tơn ô tô Sự tăng tiêu chuẩn giảm khí thải nghiêm ngặt yêu cầu hiệu suất nhiên liệu đẩy mạnh điện khí hóa cho máy móc sử dụng ô to ứng dụng tron tạo lượng sử dụngcác máy điện tốc độ cao Các ứng dụng tiềm máy điện tốc độ cao máy điện nhiều hàng loạt hình đưa tổ hợp bốn máy điện tốc độ cao đặt xung quanh động tương lai Hình 1.1 Máyđiện tốc độ cao cho máy nhiềuđiện Trong ứng dụng vậy, máy điện đặt trục giống tua bin máy nén khí turbo tăng áp ( máy M1 hình 1) Chức máy gấp đôi Khi khởi động sang số(thay đổi tốc độ), mà thiếu lượng dịng khí thải , máy sử dụng động để tăng tốc độ máy nén tới tốc độ cần thiết, giảm chậm trễ turbinvà cải thiện khả truyền động Khi động tải lớn , có lượng dư thừa ống xả, thay mở van thải để chống vượt tốc cho trục , máy điện sử dụng máy phát điện Việc tích hợp điển hình máy điện với máy nén kiểu tuabin thể hình 3.3 THIẾT KẾĐỘNG CƠĐIỆN Thiết kế máy điện thực theo yêu cầu ứng dụng, mà thường công suất đầu ra, tốc độ quay , độ cứng động lực giới hạn dao động Khi , thiết kế phải đạt hòa hợp tốt hạn chế điện Các phận động trục HS cấu trúc điện từ, trục , vịng bi, hệ thống bơi trơn hệ thống làm mát Máy điện cung cấp biến đổi tĩnh để giảm điện áp dịng sóng hài, để giảm tổn hao thép tổn hao phụ nhiệt rô to; chuyển đổi phải cung cấp điện áp đầu điều chỉnh tần số ổn định, khả khởi động hãm điện từ hệ thống Hơn , để bảo vệ trục điện tình trạng xung tải điều kiện máy điện làm việc tới hạn (ví dụ , khối đỡ va đập khí ) , biến đổi phải bao gồm HS bảo vệ dòng giới hạn 3.3.1 Khía cạnh điện Trong phần này, vài nghiên cứu vấn đề điện quan trọng máy HS máy siêu HS (VHS ) Đặc biệt, hệ máy điện khác thích ứng để làm việc điều kiện phân tích , cần tính đến ảnh hưởng tổn hao tối thiểu hóa thể tích IM chấp nhận ứng dụng HS [11] ,do rotor có kết cấu vững phải bảo trì Tuy nhiên , liên quan đến máy điện khác IMs có đặc điểm hiệu suất thấp có mặt tổn hao jun (đơn vị nhiệt) rotor SRM có cấu trúc rơ to bền vững đơn giản thích hợp cho hoạt động HS, khơng có cuộn dây PMs rotor Tuy nhiên , so với PMSMs , SRMs u cầu dịng điện kích từ cao chiều dài hiệu khe hở khơng khí lớn, điều làm giảm hệ số cơng suất hiệu suất tổng máy điện Hơn nữa, SRMs thường đặc trưng dao động mô-men lớn, ảnh hưởng đến hiệu suất máy độ xác PMSMs thường đặc trưng mật độ công suất cao hiệu cao động dị IMs SRMs, có số nhược điểm quan trọng điều hạn chế số trường hợp sử dụng chúng 71 ứng dụng HS [2] , [ ] Đặc biệt , cấu trúc rotor vị trí nam châm phải lựa chọn cẩn thận theo hàm thiết bị tốc độ ngoại vi tiếp tuyến để hạn chế tác động học tác động lên nam châm [7 ] Do việc áp dụng băng ống bọc [8 ] để giữ nam châm vào rotor HS bắt buộc Các băng ống bọc thường làm vật liệu khơng từ tính , vật liệu dẫn điện có tổn hao dịng điện xốy [ 4] Nhiều nghiên cứu vật liệu băng rotor để có độ bền học tối đa với tổn hao điện tối thiểu thấy tài liệu [ 13 ] - [15] Để đạt ứng suất học tối thiểu PMs , cấu trúc rotor khác nghiên cứu , đặc biệt cấu trúc IPM [15] Tuy nhiên , thiết kế máy IPM ' cho ứng dụng HS , đặc biệt phải ý phải trả giá cho kích thước gờ tản nhiệt rotor phải chịu lực ly tâm cao HS Những vấn đề điều cốt lõi hệ máy PM rotor Các loại máy áp dụng ứng dụng HS phần tử khí truyền động động kết nối trực tiếp đến phận bên quạt bánh đà cho phục hồi động [5] Hình cho thấy phân bố loại sơ đồ máy điện khác tùy thuộc vào công suất định mức tốc độ nêu tài liệu Từ tài liệu, thấy giải pháp tốt cho ứng dụng HS IM (chủ yếu cho độ học bền vững ) , PMSMs SRMs Vì lý , thiết kế cần lưu ý báo , tổng thể có hiệu cho tất cấu trúc máy, chủ yếu tham khảo IM 72 Hình 3.2.Các ứng dụng trục điển hình, gia cơng khí cần cơngsuất cao thực tốc độ tương đối thấp Hơn hình cho thấy ứng dụng trục điển hình, gia cơng khí cần cơngsuất cao thực tốc độ tương đối thấp ; Trong đó, VHSyêu cầu công suất thấp Kết ,tỷ lệ hợp lý mô-men điện từ thể tích khe hở khơng khí , kích thước máy giảm nhanh tăng tốc độ Đồng thời ,mật độ mô-men giảm tốc độ tăng , thể qua sơ đồ sau Hình cho thấy mật độ mô-men hàm tốc độ cho cho rotor - stator tần số cao Đặc biệt, hình đề cập đến Ims hai cực ( 2p ) , hình đề cập đến IMs bốn cực ( 4p ) Rõ ràng từ hình cho thấy mật độ mô-men giảm tốc độ tăng Điều chủ yếu vấn đề nhiệt hệ số vật liệu Trong thực tế , cho hiệu suất điện từ máy với tốc độ gần const với tốc độ, tổng tổn hao đồng sắt không đổi Kết mật độ mô-men bị giới hạn bề mặt tối thiểu cần 73 thiết để tiêu tan tổn hao máy Hơn nữa, tăng tần số cung cấp máy điện, số ứng suất vật liệu ( mật độ dòng điện mật độ từ thông ) phải giảm để giữ cho tổn hao sắt đồng giới hạn cho phép Để hạn chế tổn hao đồng tần số cao , cuộn dây stato với dây Litz sử dụng Để hạn chế tổn hao sắt từ, sử dụng thép cán với độ dày thấp (ví dụ , ≤ 0,2 mm ) vật liệu thép với hệ số tổn hao thấp bắt buộc Một cấu trúc rô to không rãnh áp dụng để giảm tổng tổn hao thép mật độ từ thông thấp khe hở hiệu khơng khí lớn Ngồi ra, tăng khe hở khơng khí tới mức giới hạn mật độ từ thơng thay đổi sức từ động thành phần sóng hài điều chế gợn sóng dịng điện kéo theo tổn hao sắt từ rotor Cuối cùng, số ứng dụng , ví dụ điều khiển máy nén cho thùng nhiên liệu ô tô , tốc độ tăng giá trị định khơng thích hợp đứng góc nhìn máy điện lợi hiệu suất động lực học chất lỏng Trong trường hợp , tăng tốc độ chấp nhận để nâng cao tồn hiệu suất hệ thống Hình 3.3.mật độ mô-men hàm tốc độ cho cho rotor - stator tần số cao với Ims hai cực ( 2p ) 74 Hình 3.4.mật độ mơ-men hàm tốc độ cho cho rotor - stator tần số cao với Ims bốn cực ( 4p ) 3.3.2 Khía cạnh khí Trong ứng dụng HS VHS , vấn đề học có tầm quan trọng đứng sau vấn đề điện Trong phần ,một số chi tiết về vấn để học thảo luận Kích thước Trục : biết trục to để truyền mô-men học đến tải , đường kính trục to hơn; biết đến mô-men phát triển máy điện tỷ lệ thuận với khối lượng rotor [10] Nói chung , yêu cầu cân cho rotor tìm thấy ISO 1940-1 , thơng số kỹ thuật cho rotor trạng thái không đổi ( cố định ), tùy theo loại máy điện tốc độ vận hành tối đa Những kiến nghị dựa kinh nghiệm toàn giới Tại HS , để giảm tốc độ quay ngoại vi lực ly tâm tác động lên rotor, đường kính rotor bên ngồi phải nhỏ tốt Như hệ , để tăng mô-men quay, chiều dài trục rotor phải tăng lên Đây thuận lợi cho việc giảm tổn thất ma sát khe hở khơng khí , phần quan trọng tổn hao máy HS tỷ lệ thuận với chiều dài trục 75 rotor, hàm bậc của đường kính bên ngồi Tuy nhiên , chiều dài trục rotor tăng tới giới hạn vận tốc giới hạn rotor Để giảm thiểu hỏng hóc phần tử khí phát phát tiếng ồn tăng lên, vận tốc giới hạn rotor phải đánh giá cách xác giai đoạn thiết kế Vận tốc tới hạn khác đặc trưng kiểu trục khác Sự tương ứng vận tốc tới hạn đủ cho nhiễu bên ngồi máy điện thấp xảy cộng hưởng , động bị hỏng tác động học rotor stator Thông thường, tốc độ định mức chọn dựa tốc độ tới hạn để tránh tác động hiệu ứng cộng hưởng Tuy nhiên , số trường hợp , máy HS hoạt động điều kiện siêu tới hạn Trong trường hợp , tốc độ tới hạn phải vượt thông qua nhanh tốt để tránh tác động học bên nhiễu Hình 3.5 Trục Gần tốc độ tới hạn trục quay tính nghiên cứu trục dầm đỡ trường hợp , tốc độ quay tới hạn ( vòng phút ) tương ứng với tần số dao động riêng lần đầu đánh giá phương trình sau Ở Da đo mm (xem hình 5) 76 Thay xem xét trục dầm đỡ , trục quay gần coi dầm kẹp Trong trường hợp , tốc độ tới hạn kết gấp đôi so với giá trị nhận từ (1) Một thỏa hiệp giá trị trung bình hai giải pháp , cao 50% so với giá trị thu cách (1) Một lưu ý quan trọng (1) xem xét trục quay , phải xen xét tổng thể cấu trúc xoay (cần ý klhi rô to cấu trúc thép mỏng hay rô to rắn rơ to có bọc sắt khơng bọc sắt PMs , vv), thu độ bền cao hơn, tăng tốc độ tới hạn Phương pháp đề xuất để đánh giá trục quay tốc độ tới hạn cần xem xét để nhìn nhận đánh giá ban đầu Trong thiết kế máy, phân tích tỉ mỉ với phương pháp phần tử hữu hạn thực để đánh giá xác tốc độ tới hạn rotor, cố xảy nguy hiểm trình máy hoạt động Tuy nhiên cần cần ý đến hiệu ứng quay hiệu ứng mơ hình hóa hiệu ứng giảm xóc Sự diện hiệu ứng quay động lực học rotor nguyên nhân tiến lên phía trước ( 1f , 2f , ) lùi lại (1b , 2b, ) tần số quay, thấy hình (phía dưới) , ba chế độ vẽ Hình (phía trên) cho phép hiểu mối quan hệ tốc độ tới hạn rotor tần số xoáy phía trước : tốc độ tới hạn tương ứng với giao điểm đường xốy phía trước với đường phân giác λ = ω Cuối cùng, mối quan tâm đến biên độ xoáy ngược yếu tố xác định giới hạn ổn định hệ thống Về vật lý , ví dụ, q trình cán , điều có nghĩa độ sâu cắt trục tới hạn phải giảm xuong giới hạn ổn định giảm Trong máy điện HS , thiết kế quan trọng để giữ quán tính rotor ; lực quán tính rotor cao dẫn đến tải vòng bi làm giảm tuổi thọ thiết bị ,Vịng bi bơi trơn : Vịng bi thành phần quan tới hạn việc thiết kế tồn trục chính: chúng phải có hiệu suất cao tốc độ quay tối đa , nhiệt độ làm việc thấp , độ bền , độ xác , khơng gây tiếng 77 ồnlớn ứng dụng tốc độ thấp thơng thường Vì lý , vòng bi hỗn hợp sử dụng ứng dụng HS Các vòng bi cấu tạo vòng thép bên mật độ thấp đc làm gồm có độ cứng cao (ví dụ silicon nitride Si3N4 ) Đường kính trục ảnh hưởng đến lựa chọn vịng bi đường kính vịng bi lớn hơn, khả tốc độ quay tối đa thấp để đảm bảo tuổi thọ Hình 3.6 Cách xác định định khả dầu mỡ bôi trơn tốc độ Như hệ cho máy điện HS , đường kính trục phải bé tốt , để hạn chế đường kính vịng bi Hơn nữa, tốc độ quay tối đa vòng bi phụ thuộc vào độ nhớt bôi trơn xen bi lăn , rãnh khung Các hệ thống bôi trơn sử dụng nhiều vòng bi lăn mỡ dầu Dầu mỡ bị hạn chế tốc độ làm việc tối đa độ nhớt cao Để xác định khả dầu mỡ bôi trơn tốc độ , " yếu tố tốc độ " tham số NDM xác định Các số tốc độ , đưa (2), kết tốc độ tối đa 78 nMax vòng phút , nhân với trung bình cộng bán kính d bán kính ngồi D theo đơn vị mm Cho ứng dụng HS , với tốc độ thực tế 700 000 mm / phút, mỡ thích hợp thứ có độ nhớt thấp Cho ứng dụng VHS, dầu giải pháp phù hợp để có tuổi thọ làm việc hợp lý.Xu hướng cơng nghệ đạt giá trị tốc độ thực tế lên đến 000 000 mm / phút Hai phương pháp phổ biến dầu bôi trơn sương mù dầu vịi phun dầu • sương mù dầu : Một bể chứa dầu sử dụng khơng khí nén trộn với dầu để tạo giọt dầu giọt dầu mang dòng dầu tới diện tích bơi trơn Với hệ thống , ngồi việc đơn giản cịn có lợi việc làm làm mát vịng bi Nó áp dụng tốt để trục có HSS tải tương đối nhẹ Do khó khăn việc đo lường kiểm sốt dịng sương mù , lượng dầu cung cấp cho vịng bi xác, loại sương dầu khơng phải hệ thống tốt để sử dụng •vịi phun dầu : người ta sử dụng máy bơm áp suất cao cung cấp dầu trực tiếp vào vành ổ bi Hệ thống phù hợp với tảỉ lớn, HS , trục nhiệt độ cao Sự chăm sóc phải thực để đảm bảo dầu truyền nhanh qua ổ bi để tránh khuấy dầu Hạn chế giải pháp cấu tạo phức tạp địi hỏi máy bơm phức tạp, bể chứa hệ thống kiểm soát nhiệt độ Một thay đại diện xung dầu khí , khí dầu với số lượng nhỏ trộn với khơng khí nén vào hốc ổ bi Tần số phun liên quan đến hoạt động trục đơn giản sở tính thời gian Vì Trục điện phải thực đồng thời thời gian tải lớn theo bán kính trục tải, vịng bi tiếp xúc góc thường sử dụng Riêng tải 79 trọng đặt truớc góc ổ bi quan trọng tốc độ, độ bền , độ xác , tuổi thọ trục Đối với trục thông thường đặc biệt cho ứng dụng cắtphôi thô, tải không đổi không trực tuyến đề xuất phương pháp mang lại hiệu suất trục cao Tuy nhiên , ứng dụng cắt HS, phương pháp khơng đảm bảo tính chất u cầu tải trọng lên ổ bi nhanh chóng tăng lên nhiệt gây Trong thực tế, bị nung nóng, trục dài ra: Sự thay đổi kích thước nhìn thấy vòng bi gia tăng tải sơ , vòng ổ lăn bên ép vào ổ bi Hiện tượng không ưa chuộng gây cố với vịng bi Do đó, để cân cho thay đổi chiều dài , thường gắn vịng bi trục phía rãnh di động với lị xo rãnh thoát dầu đặt lỗ khoan, rãnh trịn, tự di chuyển theo hướng trục Lò xo sử dụng để cung cấp tải sơ không đổi để liên tục chống lại trục theo hướng trục để tải trọng sơ bộtính tốn từ vịng bi khơng thay đổi trì lực tác dụng lò xo Kỹ thuật sử dụng cho trục cán HS trục mài, chí chi phí lớn hệ thống phức tạp Đây loại vòng bi đặc trưng tổn hao cơng suất học cao so với vịng bi thông thường Những tổn hao công học vòng bi tỷ lệ thuận với tốc độ tổng mơ-men ma sát, mà chủ yếu khía cạnh học liên quan đến viên bi , rãnh lắp ráp chúng Đặc biệt, cấu trúc sau xác định tổng ma sát • mơ-men quay ; • mô-men quay ma sát; •hệ thống mô-men quay ma sát; • lực cản , rung, momen với trục quay Như mơ tả trên, góc tiếp xúc vịng bi để trì tải cao khoảng thời gian theo bán kính trục Cho ứng dụng cán kết hợp tải bán kính trục độ cúng tỏng yêu cầut, kiểu kết nối lưng giáp 80 lưngđược sử dụng Các ứng dụng mài tải khơng theo phương trục ( tải trọng hướng tâm phụ thuộc vào áp dụng tải đặt trước) , kết nối song song ưu tiên Như nói, góc vịng bi tiếp xúc dạng bi thiết kế để cung cấp cho hai trục tải trọng huớng tâm tải sơ Trong số trường hợp , vịng bi sử dụng khả chịu tải cao độ bền tốt vòng bi Tuy nhiên , vòng bi côn không cho phép HSS theo yêu cầu nhiều trục Để khắc phục hạn chế học vịng bi , có nghiên cứu thành cơng năm gần vịng bi từ vòng bi biến dạng cánh [14] , Trong thực tế, với công nghệ , nguy hỏng hóc mịn ổ bi cọ xát khắc phục Hơn nữa, hiệu suất góc phương vị khơng địi hỏi bôi trơn chuyên dụng, với hệ thống phức tạp tổng thể giảm hậu khả hệ thống khơng cần dầu bơi trơn hồn chỉnh [ ] Khía cạnh thứ hai đặc biệt phù hợp nguy ô nhiễm mơi trường tránh được, ví dụ máy điện phải hoạt động " buồng trắng " Tuy nhiên, bỏ qua khó khăn khơng đáng kể phát sinh trường hợp từ điểm quan sat hệ thống ổ bi đảm bảo độ cứng khí dung sai cần thiết Hệ thống làm lạnh : Hệ thống làm mát phải đáng tin cậy hiệu để tránh cuộn dây stato , roto nhiệt ổ bi biến dạng trục Như hệ , hệ thống làm mát máy HS quan trọng hàng đầu phụ thuộc nhiều vào ứng dụng Ví dụ, hệ thống turbo- máy nén , rotor stator thường trực tiếp làm mát chất lỏng nén Trong trường hợp động trục chính, làm mát thường sử dụng lưu thông chất lỏng vỏ bọc stato Trong số trường hợp đặc biệt , ví dụ, bàn thử HS, khoang thực đường dẫn chiều ngược để tránh trục biến dạng mơ-men trục lưu thơng chất lỏng Vì nhiệt độ vịng bi cao, chất lỏng lưu thơng chạy xung quanh vịng ngồi giá đỡ bao gồm , tránh nhiệt độ cao phận bên bên ngồi vịng bi , hệ 81 , phần khí ổ bi biến dạng nhiệt Hơn nữa, cho ứng dụng mài lỗ cụt, hệ thống làm mát ro to trang bị , chất lỏng làm mát chảy vào trục rotor Tùy thuộc vào kích thước bề mặt tốc độ hoạt động tối đa , hệ thống khác sử dụng , ví dụ , có khơng khí , có chất bơi trơn làm mát, hỗn hợp khơng khí nước làm mát cung cấp hai dòng riêng biệt Các giải pháp với hai kênh sử dụng dầu bôi trơn hỗn hợp cho phép tốc độ cao , tránh sương dầu ; Hơn nữa, cho phép để trộn dầu khơng khí tỷ lệ sử dụng khơng khí Để thực hệ thống làm mát hiệu , kiến thức nguồn nhiệt bên máy quan trọng ; cho mục đích , mơ hình số , tính tốn mơ động lực học chất lỏng mạng nhiệt chi tiết thường xem xét giai đoạn thiết kế Trong [14] , thí nghiệm tiến hành động trục IM nêu bật tầm quan trọng hệ thống làm mát để chuyển nhiệt tạo từ rotor vào stato , nâng cao hiệu hệ thống làm mát Tuy nhiên , điều quan trọng nhắc nhở dòng nước làm mát thơng qua khe hở khơng khí máy HS tạo tổn thất lớn , làm giảm hiệu suất máy Để ngăn chặn rò rỉ dầu động khe hở khơng khí kỹ thụât khác sử dụng Chỉ trường hợp đường kính tương đối nhỏ vận tốc quay tương đối thấp , sử dụng van khớp nối;, Bịt kín thực cách sử dụng đệm kín kiểu mê lộ cách đảm bảo khác biệt áp lực tích cực bên bên ngồi động Thông thường, chốt không tiếp xúc xếp phổ biến ứng dụng máy cơng cụ , có nhiều khó khăn để sản xuất , đắt tiền , phức tạp Trong số chốt khơng tiếp xúc, có đệm kín kiểu mê lộ sử dụng rộng rãi ứng dụng trục chính: người ta truy cập vào vịng bi ,ít gây nhiễm ngăn ngừa dung dịch xâm nhập vào khu vực vòng bi 82 KẾT LUẬN Sau tháng nghiên cứu thực đề tài, đồ án thực nội dung sau: - Tìm hiểu tổng quan lịch sử nghiên cứu phát triển máy điện tốc độ cao ứng dụng - Tìm hiều máy điện cỡ nhỏ tốc độ cao Tuy nhiên kinh nghiệm khả thân hạn chế thực đồ án nên đồ án hẳn không tránh khỏi khuyết điểm thiếu sót Những thơng tin tài liệu nội dung đồ án hạn chế, vấn đề nghiên cứu, xu hướng phát triển tương lai không xa thực tế, hy vọng thời gian tới nhiều kếtquả nghiên cứu, nhiều thông tin việc công bố Em xin chân thành cảm ơn thầy ! Hải Phòng ,ngày…tháng…năm…2014 Sinh viên Đào Khánh Duy 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO D Gerada, A Mebarki, N L Brown, C Gerada, A Cavagnino, and A Boglietti, “High-speed electrical machines: Technologies, trends, and developments,”IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 2946–2959, Jun 2014 A Tüysüz, C Zwyssig, and J W Kolar,“A novel motor topology for highspeed micro-machining applications,”IEEE Trans I Electron., vol 61, no 6, pp 2960–2968, Jun 2014 J Ikäheimo, J Kolehmainen, T Känsäkangas, V Kivela, and R R Moghaddam, “Synchronous high-speed reluctance machine with novel rotor construction,”IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 2969–2975, Jun 2014 B Gaussens, E Hoang, M Lécrivain, P Manfe, and M Gabsi, “A hybridexcited flux-switching machine for high speed DC-alternator applications,”IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 2976–2989, Jun 2014 S Silber, J Sloupensky, P Dirnberger, M Moravec, W Amrhein, and M Reisinger, “High-speed drive for textile rotor spinning applications,” IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 2990–2997, Jun 2014 F Crescimbini, A Lidozzi, G Lo Calzo, and L Solero, “High-speed electric drive for exhaust gas energy recovery applications,”IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 2998–3011, Jun 2014 J Abrahamsson, M Hedlund, T Kamf, H Tobias, and H Bernhoff, “High-speed kinetic energy buffer: Optimization of composite shell and magnetic bearings,”IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 3012– 3021, Jun 2014 A Tenconi, and A Vigliani, “Electrical machines for highspeed applications: Design considerations and tradeoffs,” IEEE Trans 84 Ind Electron., vol 61, no 6, pp 3022–3029, Jun 2014 W Li, H Qiu, X Zhang, J Cao, S Zhang, and R Yi, “Influence of rotorsleeve electromagnetic characteristics on high-speed permanentmagnetgenerator,”IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 3030–3037, Jun 2014 10 D A Gonzalez and D M Saban, “Study of the copper losses in a highspeed permanent-magnet machine with form-wound windings,” IEEETrans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 3038–3045, Jun 2014 11 M Dems and K Komeza, “Performance characteristics of a highspeedenergy-saving induction motor with an amorphous stator core,” IEEETrans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 3046–3055, Jun 2014 IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL 61, NO 6,JUNE 2014 2945 12 W Li, H Qiu, X Zhang, J Cao, and R Yi, “Analyses on ctromagneticand temperature field of superhigh-speed permanentmagnet generatorwith different sleeve materials,”IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6,pp 3056–3063, Jun 2014 13 M van der Geest, H Polinder, J A Ferreira, and D Zeilstra, “Current sharing analysis of parallel strands in low-voltage high-speed machines,” IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 3064–3070, Jun 2014 14 L Papini, T Raminosoa, D Gerada, and C Gerada, “A high-speed permanent-magnet machine for fault-tolerant drivetrains,”IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 3071–3080, Jun 2014 15 J Boisson, J F Louf, J Ojeda, X Mininger, and M Gabsi, “Analytical approach for mechanical resonance frequencies of high-speed machines,” IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 6, pp 3081–3088, Jun 2014 16 TRANG TÌM KIẾM TÀI LIỆU https://www.google.com.vn 17 TÀI LIỆU ĐIỆN TỬ WIKI PEDIA(Tiếng Việt) 85 ... thiết cho hoạt động tốc độ cao mô tả CHƯƠNG MÁY ĐIỆN TỐC ĐỘ CAO: CÔNG NGHỆ , XU HƯỚNG VÀ SỰ PHÁT TRIỂN 1.1 TÌM HIỂU MÁY ĐIỆN TỐC ĐỘ CAO 1.1.1.Giới thiệu Máy khí có Tốc độ quay cao phát triển... nghệ máy điện tốc độ cao A Máy điện tốc độ cao cho máy nhiều điện Quan điểm máy kéo có hiệu suất cao tích hợp hệ thống truyền động kéo lai nhằm nâng cao hiệu suất nhiên liệu giảm lượng khí thải độc... mạnh điện khí hóa cho máy móc sử dụng to ứng dụng tron tạo lượng sử dụngcác máy điện tốc độ cao Các ứng dụng tiềm máy điện tốc độ cao máy điện nhiều hàng loạt hình đưa tổ hợp bốn máy điện tốc độ