张炳义：永磁电机直驱技术与系统节能报告
挤塑机直驱永磁电机温度场的计算
挤塑机直驱永磁电机温度场的计算冯桂宏;张书伟;张炳义;于建英【摘要】针对挤塑机直驱永磁电机存在的温升过高的问题,对挤塑机直驱永磁电机的计算模型、散热系数、冷却水系数、损耗计算、温度场计算等方面进行了研究.采用场路耦合协同仿真的计算方法,对变频器供电情况下电机的绕组铜耗、考虑谐波影响的铁耗,以及杂散损耗进行了研究计算,建立了三维永磁电机模型,设计了电机的水冷却系统,利用Ansys软件进行了电机的三维稳态温升计算,获得了电机整机及关键部件的温度场分布;最后进行样机的温升实验.研究结果表明,采用场路耦合方法计算电机损耗准确,采用三维稳态温度场仿真数据与样机实验数据吻合良好,求解方法正确,可为直驱电机的设计提供一定的参考.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2016(033)001【总页数】5页(P96-100)【关键词】挤塑机直驱;场路耦合;永磁电机;温度场【作者】冯桂宏;张书伟;张炳义;于建英【作者单位】沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TM351挤塑机是一种重要的塑料机械,大部分的塑料制品的生产与制造都可以依靠挤塑成型实现[1]。
挤塑机电机是挤塑机的重要组成部分,是挤塑机的原动机,提供挤塑机螺杆所需要的大推力。
本研究针对目前通用的90 mm螺杆挤塑机设计了一种低速大转矩永磁直驱电机,其具有效率高、功率密度大、节能性较好、可靠性高、控制精度高等诸多优点,但是由于挤塑机工作时料筒中的塑料为高温熔融状态的塑料胶体,而永磁电机又直接与挤塑机螺杆连接,这会对电机的温升产生不良的影响。
同时,永磁电机在进行机电能量转换时又不可避免地要产生各种损耗,这些损耗最终都以热的形式散发到电机和周围冷却介质中,那么,综合上述两方面的共同作用,对电机温升的分析以及冷却系统的设计是保证永磁电机的可靠运行的重要环节[2]。
一种简化永磁电动机最大转矩_电流控制方法研究_张炳义
x3 i1 x2 i12 x1 1 2 x3 i2 x2 i2 x1 2 2 x3 i3 x2 i3 x1 3
4 仿真结果及分析：
(8)
针对上述简化方法，利用 Matlab/Simulink 对几种不同情况分别进行仿真，验证上述简化 算法的精确度。电机参数为：额定功率 Pn =6 kw ，额定转速 n=2000 r/min ，额定转矩
(4)
dTem 2 d p[ f is sin ( Ld Lq )is cos(2 )] 0 2 d Tem p[ i cos 2( L L )i 2 sin( 2 )] 0 f s d q s 2 d
因为 [0, / 2] ，恒有
1
2
3
表 1 三组不同的电流值和对应的角度值 求式(7)的系数可以转化为求非齐次方程组的解， 其系数矩阵为范德蒙矩阵(设为矩阵 A)， 则 A 为范德蒙行列式，又因为 i1 、 i2 、 i3 互不相等，因此 A 0 ，则方程组（8）一定有唯 一解，利用公式可求出式(7)的系数 x1 、 x2 、 x3 ，即得到 角的近似计算公式。
图 1 永磁同步电动机空间矢量图
图 2 最大转矩/电流控制电流轨迹
永磁电机转矩方程：
Tem p[ f iq ( Ld Lq )id iq ]
(1)
式中： ud 、 uq 分别为 d、q 轴电压， id 、 iq 分别为 d、q 轴电流， Ld 、 Lq 分别为 d、q 轴电 感， Rs 为定子相电阻， f 为转子永磁体磁链， Tem 为电磁转矩， p 为极对数。图 1 中 为 定子电流与 q 轴的夹角， 为转子电角速度。 最大转矩/电流控制是在电机输出给定转矩条件下，控制定子电流最小的方法。通过电磁 转矩对交直轴电流求极值[6]可得：
电气机械的节能与高效技术
电气机械的节能与高效技术随着科技的进步和社会的发展，电气机械在各个领域的应用越来越广泛，人们对电气机械的性能和效率要求也越来越高。
因此，电气机械的节能与高效技术成为当今研究的重要课题。
1. 电机变频调速技术电机变频调速技术是一种通过改变电机供电频率来实现调速的技术。
传统的电机调速方法，如电阻调速和定子电阻调速，存在能耗大、效率低等问题。
而电机变频调速技术可以显著提高电机运行效率，降低能耗。
2. 电机直驱技术电机直驱技术是指将电机直接与机械负载相连，省去了传统的齿轮箱等传动装置。
这种技术可以减少能量损耗，提高系统运行效率。
此外，电机直驱技术还可以减小设备体积，降低维护成本。
3. 电机高效运行技术电机高效运行技术主要包括优化电机运行参数、采用高效电机和采用电机管理系统等。
优化电机运行参数，如电压、电流、转速等，可以使电机在高效区运行，降低能耗。
采用高效电机，其设计结构和材料都进行了优化，使得电机在运行过程中具有更高的效率。
电机管理系统可以对电机运行状态进行实时监控和调节，确保电机在最佳状态下运行。
4. 电气机械系统的集成优化电气机械系统的集成优化是指通过对电气机械系统各个组成部分的集成设计和优化，实现系统整体性能的提升。
这包括电气部件的优化、机械结构的优化、控制系统的设计等。
通过集成优化，可以降低系统能耗，提高运行效率。
5. 节能型电气机械的设计理念在设计节能型电气机械时，应注重以下几个方面：1.选用高效电机和电气元件，降低能耗；2.采用先进的控制策略，提高系统运行效率；3.优化机械结构设计，减小能量损耗；4.考虑整个生命周期内的能耗和环境影响，进行绿色设计。
电气机械的节能与高效技术包括电机变频调速技术、电机直驱技术、电机高效运行技术、电气机械系统的集成优化以及节能型电气机械的设计理念等。
通过运用这些技术，可以降低电气机械的能耗，提高运行效率，为我国节能减排和可持续发展做出贡献。
这是内容，接下来可以继续展开其他方面的分析和讨论。
“电机节能技术”课程的的改革探索
“电机节能技术”课程的的改革探索白连平【摘要】In order to train the talent of motor energy saving, our university does some exploration in the creation of Motor Energy Saving Technology course. The paper describes the main content and experimental content of Motor Energy Saving Technology course, and the experience and understanding of opening the course. The aims are to ex- pand the exchange and do better in motor energy saving technology course.%为了培养我国电机节能方面的人才，进一步实现国家节能减排的规划，我校在开设“电机节能技术”课程方面做了一些改革探索。
本文介绍了“电机节能技术”课程的主要内容和实验内容，以及开设电机节能技术课程的经验和体会，旨在扩大交流，以提高“电机节能技术”课程的授课质量。
【期刊名称】《电气电子教学学报》【年(卷),期】2012(034)006【总页数】3页(P16-17,37)【关键词】电机节能;电机测试;新课程探索【作者】白连平【作者单位】北京信息科技大学自动化学院,北京100192【正文语种】中文【中图分类】TM921在各行业的节能工作中，电机节能是非常重要的，因为每年电动机消耗的电能占到全国总发电量的50%以上［1］。
国家在“十一五”和“十二五”期间的节能减排规划中，均把电动机系统节能列为重中之重。
与电动机系统节能密切相关的专业有电气工程和自动化等专业。
给这些专业的大学生开设“电机节能技术”课程是非常必要和迫切的。
永磁电机直联式驱动系统设计与应用
自适应控制、滑模变结构控制以及预测控制等方面，以 极易造成供电系统发热而影响安全运行。若工作电压选
提高调速系统性能［４－６］。成庄矿顺槽１． ４ ｍ 皮带机驱动 择３ ３００ Ｖ，虽然其工作电流大大降低，但电机及配套的
装置采用电机加ＣＳＴ 的方式，ＣＳＴ 采用液压油作为传输 变频器对绝缘系统要求较为苛刻，制造成本高昂。若工
用皮带机总装机功率保持一致，电机直接与皮带机驱动
滚筒相连，省掉了减速机，联接方式如图１ 所示。
图２ 变频器输出电压峰值
１． ４ 调速系统模型
调速系统的核心任务是控制每台变频器的启停并实
现相应的保护功能，同时控制变频器频率输出，使皮带
机从静止到满速状态的过程控制，实现皮带机运行的各
个阶段多台电机功率平衡控制。皮带机运行时负载与环
图１ 永磁电机直联式驱动配套
境参数有时变、非确定性以及滞后性的特点［１２］，传统
１． ３ 变频控制装置 １． ３． １ 确定变频器输出频率
采用永磁电机后，虽然电机转速大幅降低，但仍高 于皮带机正常运行所需的转速，而且电机不能直接启动，
ＰＩＤ 或者模糊ＰＩＤ 控制方法难以保证调速系统的控制精 度和稳定性，因此采用无模型自适应控制（Ｍｏｄｅｌ－ ｆｒｅｅ Ａｄａｐｔｉｖｅ ， ） Ｃｏｎｔｒｏｌ ＭＦＡＣ 算法进行调速系统控制，其调 速模型如图３ 所示。
状态。
参考文献：
２ 应用效果分析
［１］韦强，冯桂宏，张炳义． 矿用皮带机用直驱永磁电机冷却系统
永磁电机直联式驱动系统在成庄矿５３１４ 大采高工作 面进行了工业性应用，顺槽皮带机设计长度为１ ６００ ｍ， 按三驱配置，累计出煤量已达３００ 万ｔ，目前该面已回采 完毕，皮带机运行状况良好，未出现任何故障。应用效 果主要表现在：
2500kW开炼机采用永磁直驱电机节能效益分析
2500kW密炼机采用永磁直驱电机节能效益分析
目前大功率密炼机是由变频电机+减速齿轮箱驱动，齿轮箱结构复杂，占地面积大，需经常维护保养，且传动效率仅为93%，以2500kW 的密炼机为例，每天齿轮箱的耗电就为：2500kW×0.07×20h=3500度（以每天工作20小时计），可见齿轮箱耗能很大。
针对大功率密炼机，我们推出永磁直驱方案，分析如下：
1. 如采用永磁电机直接驱动设备，去掉减速机构，只保留同步齿轮，齿轮箱部分至少可提高5%的效率，2500kW密炼机每小时可节约2500×5%=125度，以每天工作20小时，每年工作300天计，每年节电125×20×300=750000度，以每度电0.8元计，每年可节约750000×0.8=60万，效益巨大，且结构简单，免维护、可靠性高。
2. 除此之外，如果使用现场有水冷系统，永磁电机可采用水套冷却，与空空冷电机相比：冷却效果好，电机体积小，特别是没有风机，噪声大大降低，能更好的保护操作者，2500kW空空冷却器风机功率为2×11kW，每年节电22kW×20h×300天=132000度电，电费105600元。
综上所述，2500kW密炼机采取永磁直驱方案每年可节电882000度，节约电费705600元，且具有结构简单，免维护、低噪声的优点，只是永磁直驱系统价格略高于变频+减速系统，但高出的部分，半年即可收回，如继续使用，每年可节约70万，既有很好的经济效益，又符合国家节能环保的倡导，很有前途，值得市场推广。
电机及其系统节能技术发展综述
电机及其系统节能技术发展综述摘要：电机系统是将不同装置或器件集成在一起实现特定功能的机电系统，包括电源、电动机、传动装置、传动控制系统及负载。
据调查，通过改造或更换高效电机，可以节能2%～8%；高品质供电电源，可以节能0.5%～3%；高效传动装置，可以节能2%～10%；先进传动控制，可以节能10%～50%；合理地传动设计，节能空间较大；良好地操作和维护，可以节能1%～5%。
往往出于改造工程量和成本方面考虑，现有电机节能技术主要集中在电机自身降耗和先进的传动控制技术及装置两个方面。
关键词：电机；系统；节能1、电机自身降耗电机损耗主要包括定子铜耗、转子铜耗、铁耗、风摩耗及杂散损耗等。
采用导磁性较好的磁性材料和低阻抗的导电材料，可以降低铜损和铁损，同时通过优化设计结构及制造工艺来降低杂散损耗。
对现有电机进行节能改造或选用新型节能电机，都可以有效降低电机自身损耗。
1.1电机硬件节能改造电机硬件节能改造就是将低效电机通过重新设计，更换零部件等方法，将低效电机改造成高效率节能电机。
电机硬件节能改造是实现资源节约和循环经济的重要途径，主要方法包括：更换磁性槽楔、改变定子绕组形式、更换合适规格风扇、增加有效材料用量等。
1.1.1更换磁性槽楔上世纪八、九十年代，国内一些工程技术人员使用磁性槽泥对电机进行节能改造。
磁性槽泥成分主要包括还原铁粉和环氧树脂，将调制好的磁泥压抹在电机定子槽口处，放置等其固化成型。
磁性槽楔可由层压、模压和引拔等方法制备，容易制造和加工，特别是力学性能有大幅提升，并且具有良好的电介性能、耐热性能和磁性能，成为提高电机效率非常有效且经济的方法。
磁性槽楔可以有效降低电机的空载附加损耗，减小电机振动和电磁噪声，降低电机温升，提高电机效率。
但磁性槽楔的最大问题是使电机起动转矩和最大转矩下降，磁楔较低的电阻率导致电机涡流损耗上升。
因此，存在一定转矩裕量的电机，采用磁性槽楔不失为提高效率的一项有效且简单的措施。
一种定子连体双转子同步并行直驱永磁电机
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5.采用自启动式稳压器 无需外加励磁电源。发电机只要一旋转就能发电。当蓄电池 损坏时，只要发动机处于运行状态，汽车充电系统仍可工常工作。 如汽车没有蓄电池，只要摇转手把或溜车，也可实现点火运行。 6.效率高 永磁式发电机是一种节能产品。永磁转子结构免去了产生转 子磁场所需的励磁功率和碳刷、滑环之间磨擦的机械损耗，使得 永磁式发电机效率大为提高。普通励磁式发电机在1500转/分至 6000转/分之间的转速范围内平均效率只有45%至55%，而永磁式发 电机则可高达75%至80%。 7.无无线电干扰 永磁发电机无碳刷、无滑环的结构，消除了碳刷与滑环磨擦 产生的无线电干扰;消除了电火花，特别适合于爆炸性危险程度较 大的环境下工作，也降低了发电机对环境温度的要求。 8.特别适合于在潮湿或灰尘多的恶劣环境下工作。 正是因为永磁电机有了以上八点的优点，所以大家都会选择 永磁电机来使用了。当然了，万物没有十全十美的，上面是介绍 的关于永磁电机的优点，任何东西都有自己的优缺点，永磁电机 也不不例外，它不仅仅有这么多的优点，也是有它一小部分的缺 点不足的。如果对永磁电机使用不当，在过高温度或过低温度下 工作时，在冲击电流所产生的电枢反应作用下，或者在剧烈的机 械振动下.有可能产生不可逆的退磁，使电动机的性能下降，甚至 无法使用。因此，使用永磁电动机时应特别予以注意。
• •Βιβλιοθήκη 关于永磁电机的优缺点分析 近年来，使用永磁电机的人是越来越多，为什么大家会纷纷选择永磁电 机呢？因为永磁电机是有很多的优势的，所以大家选择它。具体都有哪些优 势，接下来就听欧瑞安电气有限公司的专业生产人员给大家浅谈下永磁电机 的优点都有哪些吧！ 1.中、低速发电性能好 功率等级相同的情况下，怠速时，永磁式发电机要比励磁式发电机的输 出功率高一倍，也就是说，永磁式发电机的实际等功率等级的励磁式发电机。 2.结构简单、可靠性高 永磁式发电机省去了励磁式发电机的励磁绕组、碳刷、滑环结构，整机 结构简单，避免了励磁式发电机励磁绕组易烧毁、断线，碳刷、滑环易磨损 等故障，可靠性大为提高。 3.能显着地延长蓄电池寿命，减少蓄电池维护工作 主要原因是永磁式发电机采用的是开关式的整流稳压方式，稳压精度高， 充电效果好。避免了过电流充电造成的蓄电池寿命缩短。永磁式发电机的开 头式整流输出对蓄电池采用小电流脉冲充电，相同的充电电流充电效果更好， 从而延长蓄电池的使用寿命。 4.体积小、重量轻、比功率大 永磁转子结构的采用，使得发电机内部结构设计排列得很紧凑，体积、 重量大为减少。永磁转子结构的简化，还使得转子转动惯量减少，实用转速 增加，比功率(即功率、体积之比例)达到一个很高的值。