Развитие асинхронных двигателей

Чтобы снизить энергопотребление и связанные с этим выбросы CO2, необходимо продолжить оптимизацию известных и устоявшихся концепций. Герхард Тумм рассказывает, как асинхронные двигатели могут стать более эффективными и совершенными.

Правительственные постановления требуют все более низких уровней выбросов CO2 в различных областях. Для удовлетворения этих требований необходимо постоянно улучшать общее энергопотребление. В том числе электродвигатели. Примерно 38% электроэнергии в мире потребляется электродвигателями в зданиях и промышленности. Распространенным типом электродвигателя является трехфазный асинхронный двигатель. Усовершенствования этого типа могут обеспечить преимущества в области эффективности и устойчивости.

Асинхронные машины (АСМ) состоят из двух компонентов: внешнего неподвижного статора и внутреннего вращающегося ротора. В отличие от синхронных двигателей с постоянными магнитами, эти машины не требуют дорогостоящих редкоземельных материалов. В результате в последние годы их использование в автомобильной промышленности растет. Компактный размер ASM — еще одно преимущество перед синхронным двигателем. Это делает его идеальным для небольших и легких машин, в которых мало места для более крупных компонентов. Здесь на сцену выходит простая математика: получение большей мощности при меньшем весе приведет к повышению общей эффективности.

Особого внимания заслуживает потенциал дальнейшего развития этой машины. Одним из способов увеличения окружной скорости и, что более важно, эффективности является использование медных материалов. Исследования показали, что можно повысить производительность АСМ-систем в 2–3 раза.

Используя эти знания, компания Wieland Group разработала модернизированное короткозамыкающее кольцо, состоящее из сегментированных концевых колец.

Ключевой особенностью этой конструкции является тот факт, что затеняющие кольца состоят из нескольких дисков. Эти диски пронизаны формующими стержнями новой конфигурации, позволяющей сваривать вместе сепараторы балками. Сварочные стержни и диски образуют закрытую клетку, что позволяет создать гибкую конструкцию ротора, которую можно адаптировать в соответствии с конкретными требованиями применения, сохраняя при этом экономическую эффективность.

Эта высокая степень геометрической свободы сопряжена с определенной сложностью, которую можно преодолеть, только опираясь на опыт, полученный в предыдущих проектах. Чтобы наилучшим образом удовлетворить новые требования, менеджеры проектов и инженеры Wieland имеют доступ к большому пулу успешно реализованных геометрий.

Благодаря возможности использования различных материалов в концевом кольце эта новая конструкция хорошо подходит для применений, требующих высокой удельной мощности, высоких классов эффективности и высоких окружных скоростей. Основные области применения включают автомобильные и железнодорожные тяговые машины, а также приводы шпинделей станков.

Прочная конструкция открывает широкий спектр возможностей для развития и совершенствования, поскольку простой выбор правильного материала может существенно повлиять на тепловые и энергетические характеристики.

Wieland предлагает компоненты роторов, а также роторы в сборе из меди. Медь имеет примерно на 50% более высокую электропроводность и лучшие механические свойства по сравнению с алюминием, а также повышает эффективность ASM. Так, роторы из меди являются ключевым компонентом высокоскоростных машин, где решающее значение имеют температура, мощность и плотность энергии.

В большинстве других производственных процессов высокие уровни термического удара и температуры в процессе изготовления ротора имеют решающее значение для используемых инструментов и компонентов сепаратора. Термическая усталость компонентов и инструментов обычно неизбежна из-за высоких температур. Микроструктура детали после производства обычно очень мягкая, тогда как в новой конструкции закорачивающие кольца состоят из нескольких отдельных дисков. После того как формовочные стержни вставлены в стопку листов, концевые кольца устанавливаются сверху стопки листов над профилями формовочных стержней. Такая конструкция позволяет использовать «гибридную» геометрию концевых колец. То есть можно комбинировать различные медные материалы или стальные концевые кольца.