[发明专利]基于水泵负载年损耗电量全局最优的电机参数设计方法

说明书

本发明提供了一种基于水泵负载年损耗电量全局最优的电机参数设计方法，设计方法通过对电机功率的区间权重划分和特征值求取，从而确定各个分区间内最小离散程度所对于的输出功率P_mec，随后分析永磁同步电机的磁场情况，并根据输出功率以及自行推导出的更精确的水泵电机的损耗计算模型来计算总损耗，从而根据总损耗作为优化多变量的目标函数来迭代优化计算出电机的设计参数，以得到合适的水泵电机，从而达到节能减耗的目的。本发明的设计方法进行了特定的负载匹配，电机的损耗建模有有更高的准确度和针对性，其典型周期内的效率更高，能解决水泵电机负载时变性和多样性的特点，达到节能的效果。

技术领域

本发明涉及水泵电机参数设计技术领域，更具体地，涉及一种基于水泵负载年损耗电量全局最优的电机参数设计方法。

背景技术

节能降耗已经成为国际社会发展极为紧迫的任务，目前水厂水泵电机多采用市面上的电机，是基于额定功率下的负载而设计的，并没有考虑到电机的负载具有多样性，并没有进行特定的负载匹配，通常水泵电机的运行并没有考虑到用户用水量的变化，而用户用水量的变化，会导致电机负载输出功率的变化，从而电机效率也会随之改变。现有的水泵电机设计并没有考率如何使得电机在负载输出功率变化周期内达到效率最优，没达到节能的效果。

水泵电机负载的输出功率根据当前用户量以及季节的变化导致用水量的不同，从而具有时变性和多变性的特点，比如夏季用水量相对于其他几个季节多，晚上相比中午用水量多等，现有的水厂水泵电机并没有考虑到用户需求量的变化，从而会导致水泵电机全局效率下降，耗电量增加，达不到高效节能的特点。

发明内容

基于上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于水泵负载年损耗电量全局最优的电机参数设计方法，该设计方法能够根据年损耗电量针对特定的水厂情况设计出适合该水厂水泵电机的情况，使用优化算法设计电机参数，从而提高水泵电机的全局效率，大大提高周期内的效率，从而降低耗电量，具有高效节能的优点。

本发明提供一种基于水泵负载年损耗电量全局最优的电机参数设计方法，包括如下步骤：

步骤1：采集典型周期内水泵负载的输出功率数据，通过将输出功率数据等分为多个分区间，随后进行数据分析，通过提取在各个分区间中离散程度最小的特征值，结合各个分区间的权重系数，从而得出整个区间范围内的理论上的输出功率P_mec；

步骤2：根据输出功率P_mec匹配进行负载，建立负载匹配模型，以一个典型周期为例，得出目标水厂所应设计电机的损耗计算模型，损耗计算模型建立方式包括：

先进行磁场分析，气隙区域的磁场和PM区域的磁场可以由拉普拉斯算子和准Possonian方程控制得到，如下式(8)和式(9)，

其中r是极坐标中的径向分量，θ是角位置，n是谐波次序，p是极对数，μ_r是相对磁导率，此外，M_r是磁化矢量径向分量，可以通过下式(10)计算得到

其中B_r是剩磁密度，μ₀是真空磁导率，α_p是极弧系数；

边界条件可通过以下公式(11)得到：

其中，R_s是定子内径，R_m是转子外径，R_r是转子内径，H_θair和H_θm是气隙和PM区域中磁场强度矢量的切向分量，B_rm和B_rair是气隙和PM区域中磁通密度矢量的径向分量；

气隙磁场可以通过下面式(12)求出