离心泵永磁调速技术应用分析

离心泵的四种主流节能技术分析离心泵是一种常见的工业设备，广泛应用于农业、建筑、化工、石油、电力等行业。

考虑到能源的有限性和环境保护的需要，越来越多的工程师和研究人员开始探索离心泵的节能技术。

以下是四种主流的离心泵节能技术的详细分析。

1.变频调速技术变频调速技术是将传统的固定频率电动机改为可变频率电动机，通过调节电机的转速，控制离心泵的流量输出。

这种技术能够根据实际工况需求来灵活地调整泵的工作状态，从而提高泵的效率。

通过变频调速，能够在不同负荷下实现泵的精确控制和能耗优化。

2.高效永磁机技术高效永磁机技术是指将传统的感应电机改为采用永磁同步电机，这种电机具有高效、高可靠性等特点。

相对于传统电机，高效永磁机在耗能、效率和转速等方面更为出色，可以减少电能损耗并提高泵的效率。

高效永磁机技术在离心泵上的应用，不仅提高了泵的节能性能，还降低了维护成本。

3.先进控制算法技术采用先进的控制算法技术，如模糊控制、自适应控制、预测控制等，对离心泵的运行状态进行实时监测和调整，从而达到节能目的。

这种技术能够根据泵的运行数据和负荷变化等因素，实时调整泵的工作状态，确保泵在最佳运行点进行工作，提高泵的效率和节能性能。

4.多级串联技术通过多级串联技术，将多个离心泵按照一定的方式连接起来，实现泵的串联工作。

这种技术能够使泵的扬程得到增加，同样的流量输出情况下，泵的扬程下降，效率得到提高。

通过增加泵的级数，在不增加电机功率的情况下，达到提高泵的工作效率和节能目的。

总结起来，离心泵的节能技术主要包括变频调速技术、高效永磁机技术、先进控制算法技术和多级串联技术。

采用这些节能技术可以降低离心泵的能耗，提高泵的效率。

在实际应用中，工程师可以根据具体工况和需求选择适合的节能技术，并结合其他的优化策略来进一步提高离心泵的节能性能。

永磁调速装置在轴流风机增效节能改造方面的应用摘要：石油化工企业内运行的大型冷却塔在春、秋、冬三季和夜间存在冷却能力过剩的问题，造成机械通风冷却塔电能的浪费。

本文结合某石化公司对轴流风机的节能改造案例，对永磁调速装置在节能增效方面的应用进行了论述。

关键词：大型冷却塔、节能增效、永磁调速1 石油化工企业中冷却水系统的重要性及运行中存在的问题循环水场在石油化工行业中有着至关重要的作用，在日常的生产过程中为各生产装置提供满足生产工艺要求的冷却用水，循环水冷却装置的平稳运行是各石油、化工及辅助生产装置安全、稳定运行的有力保障。

由于四季温差及昼夜温差导致的环境温度的变化，循环水冷却装置在满足夏季最不利情况冷却水供给的前提下，在春、秋、冬三季，夜间以及一些天气原因导致的环境温度骤变的情况时会出现冷却塔能力过剩的问题。

这种冷却能力的过剩造成了机械通风冷却塔电能的浪费。

2以某石化公司的循环水场运行情况为例某石化公司下设炼油部、烯烃部、化工部、热电部等，各部门共有10座循环水场，该石化公司各循环水场内的冷却塔包括自然通风冷却塔和机械通风冷却塔(包括小功率风机、大功率变频风机和大功率定频风机)。

在之前的管理和日常维护中该石化公司采取通过监控冷却水出水的温度，及时手动启、停风机、调整运行台数、调整风机叶片角度等措施来减少风量，从而达到节约电能的目的。

但这些措施对大型风机的调控仍然存在一些问题：1.无法精准的控制冷却水出水温度，水温的变化幅度大，影响生产；2.频繁的启、停冷却塔风机造成对设备（叶片、传动轴、齿轮、轴承）零部件的冲击，严重影响风机的使用寿命；3.频繁启动大功率设备，形成很大启动电流冲击，造成电能浪费、损坏电机、冲击电网。

目前化工1#循、烯烃1#循、2#循、3#循部分机械通风冷却塔采用了变频风机（低压变频），节电效果明显；炼油部1#循、2#循两座循环水场的冷却塔风机均为30KW的小功率风机，出水温度调节措施比较灵活，并且不容易产生冲击电流、不会对风机的使用寿命产生影响；热电1#循环水场为自然通风冷却塔无风机节能空间。

永磁调速器介绍
1.高效性能：永磁调速器采用了先进的调制技术，能够提供较高的效率，减少能源的浪费，并且降低了设备的散热和损耗。

2.宽范围的调速性能：永磁调速器可以实现广泛的转速范围调节，从低速到高速，甚至超高速都可以实现精确的控制。

3.高动态性能：永磁调速器响应速度快，能够实现快速加速和减速，非常适用于需要频繁改变转速的工况。

4.系统可靠性高：永磁调速器采用了先进的控制算法和保护机制，可以实现稳定的运行和保护电机免受过载、短路等故障的影响。

5.高精度的控制：永磁调速器通过电流和电压的调节，可以实现非常精确的转速控制，满足各种工艺要求。

在机械制造领域，永磁调速器被广泛应用于机床、印刷机、包装机等设备中，可以实现高效、精确的工作，提高产品质量和生产效率。

在能源行业，永磁调速器被用于发电设备，可以根据电网的需求调整发电机的转速，实现电能的稳定输出。

在冶金行业，永磁调速器被应用于轧钢机、连铸机等设备中，可以实现精确的轧制和冷却过程，降低产品的能耗和生产成本。

在石油化工行业，永磁调速器被用于泵、风机等设备中，可以根据实际需要调整流量和压力，提高设备的运行效率和系统的稳定性。

在交通运输领域，永磁调速器被广泛应用于电动车辆、电梯、飞机等设备中，可以实现高效的动力输出和精确的控制。

总之，永磁调速器作为一种先进的电动机控制设备，具有高效、精确、可靠和灵活的特点，在各个行业中得到广泛应用，并为工业生产和社会发
展带来了巨大的效益。

永磁水泵的应用以及效果讲解随着科技的进步和环保意识的增强，人们希望能够利用更加高效、节能的设备来满足生产和生活的需求。

永磁水泵作为一种代表性的高效节能设备，近年来得到了广泛的应用和重视。

本文将从永磁水泵的工作原理、应用领域、优势以及效果等方面来详细讲解。

1. 永磁水泵工作原理永磁水泵是利用永磁体和电动机相结合的技术原理，将驱动电机和水泵泵体紧密耦合在一起，通过磁力耦合来传递动力，实现水的流动。

具体而言，永磁体和泵体之间通过气隙相互作用，在泵体内部形成一个磁力场，将驱动电机输出的动力传递给泵体，从而能够实现将水或其他液体输送到所需的位置。

与传统的电动水泵相比，永磁水泵的磁力耦合技术有效降低了机械转动过程中的能量损失，提高了效率。

同时，也消除了传统水泵中由于密封问题所产生的泄漏现象，大大增强了泵体的稳定性和耐用性。

2. 永磁水泵应用领域由于永磁水泵具有节能、高效、稳定等优点，同时又无需油脂润滑，因此广泛应用于各个领域的液体输送中，如：1.工业领域：永磁水泵可用于输送各类工业液体，如化学品、溶剂、酸碱液等。

它的密封性好、耐腐蚀、稳定性高、泵体结构简单等特点，使得它在工业领域中有着很广泛的应用。

2.农业领域：农业生产需要进行大量的灌溉、排水、供水等工作，永磁水泵可以很好地满足这些需求，并且能够适应不同的水源与用水方式；3.生活领域：永磁水泵也可以被应用于生活领域中，如家用取水、清洗等。

3. 永磁水泵的优势相较于传统的机械水泵，永磁水泵具有以下优势：1.节能高效：永磁水泵采用磁力耦合技术，能够有效地降低能量损失，提高电能利用率，因此节能效果显著。

2.可控性强：永磁水泵可以根据液体的需要来控制其流量和压力，较为灵活，便于应对不同需求；3.稳定性高：磁力耦合技术使得永磁水泵的内部结构更为简单，在运转时稳定性和耐久性都有着比较好的表现。

4. 永磁水泵的效果永磁水泵广泛应用于各个领域，其优势和效果也是显而易见的。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·152·2020年第19期文章编号：2095－6835（2020）19－0152－02永磁潜油电机的发展现状与应用分析张東星（贵州装备制造职业学院，贵州贵阳551400）摘要：针对在油田的开采过程中应用异步潜油电机广泛存在着效率低、故障率高等问题，通过对永磁潜油电机在结构、效率、性能等方面与异步潜油电机进行分析比较，指出永磁潜油电机在降低采油成本、节能等方面具有显著的效果。

分析了永磁潜油电机在国内外的发展现状以及在实际应用中存在的技术难点，并给出了相应的解决办法与建议，对永磁潜油电机的应用发展具有一定的参考价值和指导意义。

关键词：永磁潜油电机；异步潜油电机；节能；应用分析中图分类号：TM351文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.19.065现阶段，中国经济正处于经济飞速发展期，石油也成了急缺的资源，然而各大油田都已经或即将步入高含水的中后期，潜油电泵采油作为目前国内外各大油田的主要采油方式，是石油稳产高产的重要保证。

然而传统采油系统所用的电机为异步潜油电机，大多都处于较低的功率因数下运行，尤其在异常工况时系统的运行效率更低，因此如何改善潜油电机的性能以提高运行效率，是潜油电机未来发展的一个重要方向。

由于永磁同步电机具有诸多的优点，且已在交通、医疗等多个领域得到广泛应用。

因此，永磁潜油电机的研制就具有一定的科研应用价值。

本文就永磁潜油电机和传统异步潜油电机的性能做对比分析，并通过分析国内外永磁潜油电机的研究现状及应用中存在的问题，提出相应解决办法，为永磁潜油电机的进一步研发与应用提供理论参考。

1两种潜油电机的对比分析传统的异步潜油电机为立式悬挂结构，其定子、转子为等长度多级串联式，并且定子与转子间充满着电机油，起润滑、散热、绝缘作用。

而永磁潜油电机是在异步潜油电机的基本结构特点的基础上尽量利用已有的配件，从而保证原有的加工工艺、原材料等基本不变，它们最大的差别就是转子结构的变化，即永磁潜油电机转子开二极永磁体镶嵌槽，镶嵌永磁磁条，压装工艺与成型工艺不变。

某电厂永磁调速改造方案及实施结果摘要:永磁调速器是利用永磁耦合技术来达到驱动与调速目的的一种调速装置，可以实现电动机和负载间无机械连接并且可以使负载高效运转。

本文通过电厂的一次电机永磁调速改造，介绍了改造过程中的具体实施流程和方法，指出了新兴永磁调速技术的特点。

同时讨论了该设备运行中存在的问题，包括噪音、执行机构的后期维护、滑差问题、动态响应、调速机构的惯性问题等，并针对这些问题提出了相应的对策。

关键词：节能降耗永磁调速1.改造背景电厂化学水处理车间除盐水泵、中间水泵、预脱盐水泵采用工频运行方式，设计参数偏大，出口压力偏大、流量偏高。

由于水泵容量本身有较大裕量，原水泵在工频运行方式下，无法根据现场工艺要求自动调整流量和压力，因为除盐水供水流量较小，只有20~30 M3/h，远小于额定流量的30%，如果除盐水泵长期投入工频运行，会造成气蚀甚至烧泵的风险；预脱盐水泵和中间水泵分别供阳床和阴床制水，且每台泵对应2台床，工频启动时压力和流量较大，经常造成刚投入的阳床或阴床震动、法兰漏水；且由于电机和水泵为刚性连接，易造成轴承的磨损，水泵电动机非软启动，启动瞬间冲击电流大，对电机绝缘造成一定损伤，缩短电机使用寿命。

为了解决以上问题，电厂尝试新技术，对化学车间里的化学除盐水泵、中间水泵、预脱盐水泵进行了永磁涡流柔性传动调速改造。

2. 水泵永磁调速改造具体情况2.1 工程中的能耗设备情况（1）改造前的水泵、电机参数见表1、表2。

表1 水泵参数2.2 使用的工艺情况永磁传动调速技术作为一项新的技术，有别于传统的变频器节能改造，相比变频器改造，永磁调速改造更加简单方便，只需要将永磁调速装置安装在电机与水泵之间，改造内容如下：（1）电机基础改造和配置情况：电机基础水平后移495mm，在水泵和电机中间安装下永磁调速装置，在永磁体执行臂的平行位置上安装一套控制执行器，执行器由1根220V、100W控制电源线、3根控制信号线通过镀锌管铺设接至三期化学PLC室控制柜。

关于离心泵泵效调节的几点认识摘要：针对以往文献中定义的叶片泵的各分效率及总效率进行分析，指出了其中的不足之处，并对叶片泵的各效率提出了新的定义。

对影响离心泵效率的原因进行了分析，并提出了提高泵组效率的措施。

关键词：效率原因泵效调节一、关于泵效定义问题的分析1.问题的提出另外，由于泵内各种损失的产生没有严格的先后次序，如果将机械损失、容积损失及水力损失的次序不按图的次序排列，这时虽然总的损失大小一样，总效率相同，但各分效率及损失则不相同，这容易使人引起误解，特别是在泵性能曲线预测时，产生各分效率不是唯一值的结论。

由以上分析可知，泵效率的定义方法存在如下的问题：（1）机械损失、容积损失和水力损失并不是依次产生的，在容积损失产生的前后均有水力损失产生（如图2）；由定义“损失之后的液体的功率和未经损失的液体的功率之比”将无法求出泵的各效率。

（2）能量平衡图中的各项能量损失值需修正。

根据以上的分析，对泵的能量平衡图进行修改得到新的能量平衡图2.提出新的定义很明显该种效率的定义概念清晰、物理意义明显，损失产生的次序将对各分效率的计算没有影响，该种定义方法能很好地弥补传统定义方法中存在的缺陷。

通过对泵效计算公式的重新定义，我们可以从中认识到从哪些方面去调节泵效。

二、泵效降低的因素分析在实际生产中造成离心泵组效率低的因素主要有以下几个”1.泵本身效率是最根本的影响，同样工作条件下的泵效率可能相差15%以上。

2.离心泵的运行工况低于泵的额定工况，泵效低，耗能高。

3.电机效率在运用中基本保持不变，因此选择一台高效率电机致关重要。

4.机械效率的影响主要与设计及制造质量有关。

泵选定后，后期管理影响较小。

5.水力损失包括水力摩擦和局部阻力损失。

泵运行一定时间后，不可避免地造成叶轮及导叶等部件表面磨损，水力损失增大，水力效率降低。

6.泵的容积损失又称泄漏损失，包括叶轮密封环、级间、轴向力平衡机构三种泄漏损失[3]。

容积效率的高低不仅与设计制造有关，更与后期管理有关。

2021年第49卷第3期D设计分析esign and analysis 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析17　收稿日期:2020-11-24基金项目:山西省自然基金(2013011035-1);中国博士后科学基金(2018M640250)永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析程献会,王淑红(太原理工大学电气与动力工程学院,太原030024)摘　要:根据内嵌式调速永磁同步电动机的弱磁控制特点,以弱磁扩速倍数为优化目标,利用有限元仿真软件,分析了内嵌式调速永磁同步电动机矩形和V 形永磁体尺寸和位置对电机参数和调速范围的影响,通过优化永磁体的位置和尺寸扩大了电机弱磁调速范围㊂计算了优化后电机的参数,对比了优化前后电机调速的范围㊂为内嵌式调速永磁同步电动机的优化和参数计算提供一定的参考㊂关键词:内嵌式调速永磁同步电动机;永磁体尺寸;调速范围;有限元分析中图分类号:TM351 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2021)03-0017-04Optimization and Performance Analysis of Speed Control Range of Permanent Magnet Synchronous MotorCHENG Xian -hui ,WANG Shu -hong(School of Electrical and Power Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)Abstract :According to the embedded control weak magnetic control characteristics of permanent magnet synchronousmotor,with weak magnetic speed ratio as the optimization goal,and using finite element simulation software,embedded speed permanent magnet synchronous motor was analyzed rectangle and V the size and position of permanent magnet motor parameters and the influence of the speed range,through optimizing the position and size of the permanent magnet motor weak magnetic speed range had expanded.The parameters of the optimized motor were calculated,and the range of motor speed before and after optimization was compared.It provided a certain basis for the optimization and parameter calculationof the built-in speed-regulating permanent magnet synchronous motor.Key words :built-in speed-regulating permanent magnet synchronous motor,permanent magnet size,speed regulatingrange,finite element analysis0　引　言永磁同步电动机具有结构简单㊁运行可靠㊁效率高等显著优点,其应用范围较为广泛,在航空㊁国防㊁工业生产和日常生活中都可以看到它的身影[1-2]㊂已有许多专家学者对永磁同步电动机进行过优化设计,从而使电机性能更优越,使用更广泛㊂文献[3]采用田口法,以电机的效率和磁钢用量作为优化目标,对内嵌式永磁电动机进行优化设计;文献[4]同样采用田口法对铁耗和转矩脉动进行了优化㊂文献[5-6]对电动汽车用永磁同步电动机进行了电磁设计和弱磁调速分析;文献[7]中搭建了凸极式永磁同步电动机弱磁调速的控制系统;文献[8]从内置式永磁同步电动机的数学模型及弱磁控制方式入手,采用数值计算方法,分析了不同参数对电机弱磁调速的影响;文献[9]讨论了永磁体分段对永磁同步电动机参数和调速范围的影响;文献[10]设置了一种分段Halbach 结构的表贴式永磁同步电动机以降低涡流损耗等;文献[11]对V 形异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩进行了优化;文献[12]采用多目标遗传算法对不同类型的电机结构进行优化㊂对于调速永磁同步电动机,在传统的控制方法下,电机受到电源电压和电流的限制,基速以上很难有较大的调速范围㊂为了扩大电机的调速范围,并确保电机的恒功率运行范围和电机性能,不仅要采用带有弱磁控制模块的控制系统,电机本体参数也应与控制系统有较好的配合,满足弱磁调速策略对电机参数的要求㊂永磁同步电动机的励磁由电机转子上的永磁体提供,永磁体在电机制作时已放置好,励磁无法根据实际需要进行调节,所以在电机设计时应考虑永磁体的尺寸和位置,为弱磁调速控制提供合理的永磁体磁链及交直轴电感参数㊂本文在电机设计过程中,以弱磁调速的倍数为电机永磁体尺寸的优化目标,使用有限元仿真软件,对两种不同形状的永磁体电机进行参数化仿真,确定电机永磁体的位置和尺寸对电机调速范围的影响㊂分析了矩形永磁体和V 形永磁体在不同尺寸和位置,对电机参数的影响,给出永磁体的尺寸,完 D设计分析esign and analysis 2021年第49卷第3期 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析 18　成对电机调速范围的优化并分析电机性能㊂1　永磁同步电动机弱磁调速的基本原理1.1　永磁同步电动机的数学模型在三相电流对称㊁电机稳定运行且忽略定子绕组电阻㊁铁心饱和㊁铁耗的情况下,永磁同步电动机在d,q坐标轴下的数学模型如式(1)㊁式(2)㊂电压方程:u=u2d+u2q= ω(L q i q)2+(L d i d+ψf)2(1)电磁转矩方程:T em=32p[ψf i q+(L d-L q)i d i q](2)由电压方程可得出:ω=u(L q i q)2+(L d i d+ψf)2(3)式中:p为电机的极对数;L q,L d分别为电机定子的交直轴电感;i q,i d分为电机定子的交直轴电流;ψf 是电机的永磁体磁链;ω为电机角频率㊂由式(3)可以看出,当电机的端电压和电流达到极限值,且电流全部为直轴去磁电流时,电机可以达到理想最大转速:ωmax=u limψf-L d i lim(4) 调速永磁同步电动机的电压和电流的极限值取决于控制系统的逆变器,如果需要更高的转速范围,需要减小永磁体的磁链和增加直轴电感㊂但过小的永磁体磁链会造成电机转矩的下降,在电机优化时应综合考虑,不应为了单纯提高调速范围而牺牲太多的转矩㊂1.2　基于最大转矩电流比控制的弱磁调速性能分析凸极永磁同步电动机采用最大转矩电流比控制时,电机的电流矢量应满足:∂(T em/i s)∂i d=0∂(T em/i s)∂i q=üþýïïïï(5) 定子电流矢量轨迹如图1所示,当电机的端电图1　定子电流矢量轨迹压和电流达到极限值时,经过公式推导可得出此时的转折速度:ωb=u lim(L q i lim)2+ψ2f+(L d+L q)C2+8ψf L d C16(L d-L q)(6)式中:C=-ψf+ψ2f+8(L d-L q)2i2lim㊂ 定义电机的弱磁扩速倍数:k=ωmaxωb(7) 将弱磁率ξ=L d i sψf和凸极率ρ=L qL d代入到式(7)中,可得:k=ωmaxωb= 1+(ρξ)2+116(1-ρ)[(1+ρ)C2f+8C f]1-ξ(8)式中:C f=-1+1+8(1-ρ)2ξ2㊂根据式(8)可得如图2所示的凸极永磁同步电动机弱磁扩速倍数随凸极率和弱磁率的变化曲线,可以看出,电机的弱磁扩速倍数随凸极率和弱磁率的增加而增加㊂对永磁同步电动机的凸极率和弱磁率进行优化,便可以影响电机的扩速范围㊂图2　弱磁扩速倍数k与ξ,ρ的关系2　永磁同步电动机优化分别对原功率为2.2kW,永磁体为矩形和V形的两台内置式永磁同步电动机进行优化,以弱磁率和凸极率为优化目标,使其满足两倍以上的调速范围㊂2.1　建立电机的物理模型样机的基本参数如表1所示,电机的物理模型如图3㊁图4所示㊂在电机基本结构尺寸不变的情况下,对电机的永磁体尺寸㊁位置进行优化,永磁体尺寸主要有永磁体宽度b m,永磁体磁化方向长度h m㊂矩形永磁体的位置主要靠轴心距确定,就是永磁体下边缘距离电机中心的距离,即o2㊂轴心距越大,永磁体离气隙越近,离电机转轴的中心则越远㊂V形永磁体的位置还要依靠永磁体旋转角度来确 2021年第49卷第3期 D设计分析esign and analysis 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析19　定,旋转角为θ㊂表1　电机的基本参数参数值参数值定子外径Φso /mm 155定子槽数36定子内径Φsi /mm 98极对数2转子内径Φri /mm 38额定转速n /(r㊃min -1)1500气隙长度δ/mm0.6轴向长度l /mm105图3　矩形永磁体电机模型图4　V 形永磁体电机模型2.2　电机的优化在初步确定电机额定电流的情况下,对永磁体的尺寸范围进行优化设计㊂利用Maxwell 软件,分别建立两种永磁同步电动机的2D 模型,并设置永磁体宽度㊁磁化方向长度和轴心距为参数化变量,求解不同情况下的凸极率和弱磁率,参数化范围如表2㊁表3所示㊂表2　矩形永磁体参数矩形参数范围步长宽度b m /mm30~502磁化方向长度h m /mm4~5.50.5轴心距o 2/mm33~351表3　V 形永磁体参数V 形参数范围步长单片宽度b m /mm 15~242磁化方向长度h m /mm4~70.5轴心距o 2/mm30~351 对在此范围内的所有不同组合进行参数化扫描仿真,并进行最优化求解,最优化算法采用默认的拟牛顿算法,它是求解非线性优化问题最有效的方法之一,收敛速度快㊂最优化求解的目标为ρ≥1.5,ξ≥0.5,由图2可以看出,理论上满足3倍的调速范围㊂经过Maxwell的最优化求解,可得出永磁体宽度㊁永磁体磁化方向长度和轴心距的初选结果㊂2.2.1　永磁体的尺寸确定经过分析和有限元软件的计算,可得到ρ和ξ随电机永磁体尺寸的参数变化规律㊂矩形永磁体和V 形永磁体的变化规律都是随着电机永磁体厚度和磁化方向的增加,ρ增加且ξ下降;永磁体宽度对两个参数的影响更明显,如图5㊁图6所示㊂(a)矩形永磁体电机(b)V 形永磁体电机图5　凸极率和弱磁率随永磁体宽度的变化(a)矩形永磁体电机(b)V 形永磁体电机图6　凸极率和弱磁率随永磁体磁化方向长度的变化两个优化参数变化趋势并不相同,在有限元优化求解给出的结果下,要想达到优化目标,并考虑制作工艺难度㊂最后确定矩形永磁体尺寸确定为宽42mm,厚4mm;V 形永磁体尺寸确定为单片永磁体宽20mm,厚4mm㊂2.2.2　永磁体的位置确定在永磁体尺寸确定的情况下,随着轴心距的增加,如图7所示,矩形永磁体电机的ρ会增加,ξ会下降;V 形永磁体电机的ρ和ξ呈相同变化规律,凸极率增加,弱磁率下降㊂(a)矩形永磁体电机(b)V 形永磁体电机图7　凸极率和弱磁率随轴心距的变化经过优化求解,矩形永磁体电机轴心距选择35mm;V 形永磁体电机轴心距选择33mm㊂V 形永磁体不仅要考虑轴心距,还要考虑永磁体旋转的角度θ对交直轴电感的影响㊂如图8所示,随着旋转角度的增加,凸极率上升,弱磁率下降,最终旋转角选择23°㊂图8　凸极率和弱磁率随旋转角度的变化3　电机参数分析与对比3.1　矩形永磁体电机在永磁体尺寸和位置确定之后,对电机模型进行有限元仿真,电机的直轴电感为0.074H,交轴电感为0.143H,磁链为0.608Wb,仿真得出凸极率为1.93,弱磁率为0.597,满足求解目标㊂ D设计分析esign and analysis 2021年第49卷第3期 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析 20　对优化后的电机进行MATLAB仿真分析,采用基于最大转矩电流比的弱磁控制方式,控制框图如图9所示㊂在空载及负载条件下进行仿真分析,对比优化前后电机的调速范围,结果如表4㊁图10所示㊂可以看出,优化后空载条件下调速范围可以达到两倍以上,负载下调速范围也明显提高,达到了优化的目的㊂图9　弱磁控制框图表4　矩形永磁体电机最高转速对比转矩T/(N㊃m)优化前n f/(r㊃min-1)优化后n a/(r㊃min-1)仿真实验仿真020001900310010185018002400(a)空载下电机转速(b)负载下电机转速图10　矩形永磁体电机转速优化3.2　V形永磁体电机对确定永磁体位置和尺寸的电机模型进行有限元仿真,电机的直轴电感为0.073H,交轴电感为0.142H,磁链为0.635Wb,凸极率为1.96,弱磁率为0.56,满足求解要求㊂对优化后的V形永磁体电机,进行基于最大转矩电流比的弱磁调速控制下的空载及负载仿真,结果如表5所示㊂空载可以达到两倍左右的调速范围,负载下速度也有所提高,满足优化目标,如图11所示㊂表5　V形永磁体电机最高转速对比转矩T/(N㊃m)转速n/(r㊃min-1)优化前优化后022003000 1020002450(a)空载下电机转速(b)负载下电机转速图11　V形永磁体电机转速优化4　结　语本文借助有限元仿真软件,以内嵌式永磁同步电动机的调速范围为优化目标,讨论了矩形和V形永磁体不同尺寸和位置对电机参数的影响,结合对调速范围的影响,确定了电机永磁体的尺寸和位置,完成了电机的优化设计㊂以优化完成的电机尺寸,对其进行参数分析和对比,较之前的电机有了明显的转速范围的提升,达到了本次优化的目的㊂优化过程和结果对内嵌式永磁同步电动机的设计和参数提供了一定的参考㊂参考文献[1]　唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2015.[2]　王秀和.永磁电机[M].北京:中国电力出版社,2011.[3]　贾金信,杨向宇,曹江华.基于田口法的内嵌式永磁电动机的优化设计[J].微电机,2013,46(6):1-4.[4]　王艾萌,温云.田口法在内置式永磁同步电机优化设计中的应用[J].华北电力大学学报(自然科学版),2016,43(3):39-44.[5]　陈晨.纯电动汽车用永磁同步电动机设计及弱磁扩速分析[D].天津:天津大学,2010.[6]　解志霖.电动大巴车用永磁电机设计[D].沈阳:沈阳工业大学,2017.[7]　郭殿林,陈康,包兵.电动汽车凸极式永磁同步电机弱磁调速的研究[J].煤矿机械,2016,37(7):58-60.[8]　皮秀,王善铭.弱磁调速的永磁同步电机参数的分析设计[J].中国科技论文在线,2010,5(8):585-591.[9]　孙慧芳,高琳,李计亮,等.弱磁调速用永磁同步电机设计分析[J].微电机,2010,43(12):16-20.[10]　高锋阳,齐晓东,李晓峰,等.部分分段Halbach永磁同步电机优化设计[J/OL].电工技术学报:1-14[2021-02-04].ht⁃tp:///10.19595/ki.1000-6753.tces.191554..[11]　李晓峰,高锋阳,齐晓东,等.对称V型异步起动永磁同步电机齿槽转矩优化[J/OL].电力系统及其自动化学报:1-9[2021-02-04]./10.19635/ki.csu-epsa.000497.[12]　刘晓宇,袁彬,戴太阳,等.基于自适应网格及响应面模型的永磁电机多目标优化[J].微特电机,2020,48(7):24-27,30.作者简介:程献会(1995 ),女,硕士研究生,研究方向为电机与电器㊂。