采暖爐磁懸浮水泵實(shí)施方案與技術(shù)探討

陳群 伍秉華

（中山市羽順熱能技術(shù)設(shè)備有限公司）

摘要：燃燒熱量運(yùn)輸需要穩(wěn)定可靠且高效的動力源，在采暖爐中，水泵是熱量傳遞主要部分，其可靠性和工作效率將影響整個采暖系統(tǒng)的運(yùn)行效果。本文就提高水泵可靠性和提高效率的技術(shù)方案進(jìn)行探討，為實(shí)際應(yīng)用過程的系統(tǒng)優(yōu)化提供參考。

關(guān)建詞：水泵；采暖爐；磁懸浮；軸承摩擦

1.引言

在采暖爐燃燒系統(tǒng)中，循環(huán)水泵是熱量傳送的動力源，但目前大部分采暖爐所用的泵是屏蔽型電容式單相異步電動機(jī)為動力，此類電機(jī)的端蓋與轉(zhuǎn)子軸之間的一般采用滾動、滑動式軸承，但從軸承上的材料、結(jié)構(gòu)等 多種改良，都無法無法消除端蓋與軸之間的摩擦，而摩擦的存在使機(jī)械壽命大打折扣，并產(chǎn)生摩擦噪聲。

實(shí)際使用過程中，管道內(nèi)的水長期加熱，水質(zhì)發(fā)生改變，含鈣、鎂離子等雜質(zhì)沉積，導(dǎo)致軸被卡住的情況出現(xiàn)，使整個采暖系統(tǒng)無法工作。為了做到水的密封性，通常在電機(jī)的轉(zhuǎn)子外加一層金屬屏蔽罩，但這層非磁金屬屏蔽罩具有導(dǎo)電性，在定子提供旋轉(zhuǎn)磁場時因屏蔽罩的導(dǎo)電性，其內(nèi)部形成電流回路，而電流產(chǎn)生的焦耳熱提高電機(jī)溫升，同時增加無用功率，降低了整個電機(jī)的效率。

針對屏蔽型電容式單相異步電動機(jī)水泵存在的問題，解決方法有以下幾種思路：一是去掉端蓋與軸之間的軸承；二是金屬屏蔽罩采用非導(dǎo)電材料減少自身發(fā)熱；三是葉輪與轉(zhuǎn)子做成一體，增加密封性能。磁懸浮水泵的正是從這三方面改進(jìn)了屏蔽型電容式單相異步電動機(jī)存在的問題，下文將從原理、應(yīng)用方面對磁懸浮水泵作進(jìn)一步分析。

2. 磁懸浮水泵

磁懸浮水泵包括電機(jī)、泵體。電機(jī)整體為“凹”型，與泵體的“凸”型銜接，采用螺絲連接固定。

其中，電機(jī)由定子鐵芯、定子繞組、驅(qū)動控制器、外殼組成。泵體由轉(zhuǎn)子、葉輪、泵體外殼組成，外殼上有進(jìn)出水接口安裝支架；泵體內(nèi)轉(zhuǎn)子外層鑲嵌強(qiáng)力永磁鐵，轉(zhuǎn)子的一端安裝葉輪，轉(zhuǎn)子與葉輪為一個整體；轉(zhuǎn)子與葉輪放在泵殼內(nèi)的“凸”型的凸出位置，且與泵殼內(nèi)壁之間有一定的空隙；轉(zhuǎn)子位于“凸”字上部分，葉輪位于“凸”的下部分；泵殼整體是一個密封的部件，只有進(jìn)出水兩個外接口。

電機(jī)與泵體成“凹凸”緊密組合，泵體轉(zhuǎn)子位于電機(jī)定子的中心。

2.1 磁懸浮的原理

水泵運(yùn)行時，定子繞組上通上一定方向的勵磁電流，定子鐵芯產(chǎn)生磁場，并且磁極與轉(zhuǎn)子永磁鐵極性相同相互排拆，此時轉(zhuǎn)子葉輪在泵殼內(nèi)呈懸浮狀態(tài)；再按規(guī)率變換定子繞組的電流方向，定子鐵芯的磁極跟隨改變，由同極改為異極，轉(zhuǎn)子則轉(zhuǎn)動一步。

2.1.1 磁極排布與旋轉(zhuǎn)原理

轉(zhuǎn)子分3組異性磁極，空間角度為180度；每組分3對，相鄰的極性相同，空間角度為180度；共9對磁極。定子分9對磁極空間角度為180度。磁極排布如圖1—6，表1所示。

表1

注:  ×表示不通勵磁電流；1L+與1L-、2L+與2L-、3L+與3L-、4L+與4L-、5L+與5L-、6L+與6L-、7L+與7L-、8L+與8L-、9L+與9L-為9個串聯(lián)式繞組，物理連接相反，正對轉(zhuǎn)子面的磁極相異。

如圖1所示，轉(zhuǎn)子磁極是電機(jī)轉(zhuǎn)子上的強(qiáng)力永磁鐵，共3組；組內(nèi)的磁極為180度空間角，組與組相鄰之間的磁極性相異；每組再分3對磁極，組每對磁極內(nèi)相鄰磁極相同。整個轉(zhuǎn)子上共有9對磁極。

如表1所示，定子磁極是電機(jī)定子上的繞組加載勵磁電流后產(chǎn)生的磁極，共9對繞組；每對繞組為串聯(lián)連接，且磁極相異。定子上的繞組加載勵磁電流后產(chǎn)生磁極，未加載勵磁電流繞組為檢測轉(zhuǎn)子磁極。

①轉(zhuǎn)子懸浮力的產(chǎn)生：圖1所示，當(dāng)定子繞組檢測到轉(zhuǎn)子磁極，并檢測出每組中3對中間的那一對時，中間所對應(yīng)定子磁極繞組加載與之相同的勵磁電流，因為同極排拆，產(chǎn)生推開轉(zhuǎn)子的力，此時轉(zhuǎn)子的3組磁極對應(yīng)的定子磁極繞組同時加載與之相同的勵磁電流，則轉(zhuǎn)子懸浮在水泵殼中央。

②轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)扭力的產(chǎn)生：當(dāng)轉(zhuǎn)子懸浮后，參考圖2所示，已加勵磁電流繞組的右側(cè)（另兩組也同時加入）再通入與轉(zhuǎn)子磁極相同勵磁電流，那么對應(yīng)磁極也是相同產(chǎn)生排拆力，但轉(zhuǎn)子上相鄰的那一對磁極相異，具有相吸的拉力，那么正好由排拆力轉(zhuǎn)為拉力，此時轉(zhuǎn)子向左旋轉(zhuǎn)一步。

③轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)懸浮力的產(chǎn)生：轉(zhuǎn)子向左旋轉(zhuǎn)一步后，參考圖3所示，定子上的勵磁電流也向左移動一對，磁極也是相異，產(chǎn)生排拆力，轉(zhuǎn)子還保持懸浮。

轉(zhuǎn)子持續(xù)旋轉(zhuǎn)扭力的產(chǎn)生：持續(xù)以上①③②三步，轉(zhuǎn)子懸浮并向左旋轉(zhuǎn)。

2.1.2 驅(qū)動和檢測

磁極的物理排布和旋轉(zhuǎn)模型實(shí)現(xiàn)，需要驅(qū)動來提供勵磁電流和檢測電路判斷應(yīng)輸出什么極性的勵磁電流，給對應(yīng)的定子繞組產(chǎn)生對應(yīng)的磁極。9對定子磁極繞組是獨(dú)立的，根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動磁極持續(xù)變化，所以每一組繞組采用橋式驅(qū)動，輸出不同方向的電流而改變定子上的磁極。按上磁極的排布，需9組橋式驅(qū)動電路。圖7為其中一組電路的原理分析圖。

圖7 電路原理圖

圖7所示，P1、P2、RX1、RX2接驅(qū)動器的端口；L1、L2接定子繞組的兩端；P1、P2接驅(qū)動器信號的輸出口；RX1、RX2接驅(qū)動器的信號檢測口。+V和GND接電源正及與負(fù)極。J1—J4四個開關(guān)管組成一組橋；R3—R6四個電阻的組合，是檢測分壓電阻也是下橋臂的驅(qū)動分壓電阻。R1—R2兩個電阻為上橋臂的驅(qū)動。

為方便原理描述參照上表1，L1、L2接定子繞組，表1中的1L+和1L-兩端。P1為ON時磁極為N/S，P2為ON時磁極為S/N。

（1）轉(zhuǎn)子磁極的檢測

轉(zhuǎn)子靜止時磁極的檢測，驅(qū)動器的輸出口先給P1一個ON脈沖信號，此時開關(guān)管J2，J4導(dǎo)通產(chǎn)生勵磁電流，定子磁極為N/S；再把P1脈沖信號關(guān)掉，再檢L1、L2的反向電動勢，如果能量增加，則說明磁極相異，反之為相同。轉(zhuǎn)子運(yùn)行時的檢測，當(dāng)轉(zhuǎn)子組與組間的磁極是相異的，經(jīng)過定子磁極時，定子磁極繞組L1、L2產(chǎn)生一個較強(qiáng)電動勢，檢出這個動勢的方向則知道由哪個磁極轉(zhuǎn)換到哪個磁極。

（2）橋式驅(qū)動器

定子上的磁極因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)上磁極同一物理位置的磁極是變化的。為了有對應(yīng)的磁極，那么定子磁極也要持續(xù)的改變。磁極的改變就需要勵磁電流方向的改變，那么采用橋式驅(qū)動就只需單電源。

參照圖7，驅(qū)動器的輸出口給P1為ON時，此時開關(guān)管J2、J4導(dǎo)通，L1、L2兩端的電流方向為L1流向L2，按上述的連接，勵磁電流產(chǎn)生的磁極為N/S。

參照圖7，驅(qū)動器的輸出口給P2為ON時，此時開關(guān)管J3、J1導(dǎo)通，L1、L2兩端的電流方向為L2流向L1；按上述的連接，勵磁電流產(chǎn)生的磁極為S/N。

驅(qū)動器的輸出口給P1、P2  ON信號時，有互鎖功能；不會同時出現(xiàn)ON信號。

*以上為部分精彩內(nèi)容，完整版請關(guān)注《供暖信息》7月刊 441期。

參考文獻(xiàn)

[1]劉華清等.德國磁懸浮列車Transrapid[M].成都：電子科技大學(xué)出版社,1995年.

[2]高月春,熊光煜.直線異步電機(jī)空載氣隙磁場的計算分析[J].太原理工大學(xué)報,1999(03):2831.DOI:10.16355/j.cnki.issn1007-9432tyut.1999.03.007.

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