采暖炉磁悬浮水泵实施方案与技术探讨_电视机维修

采暖炉磁悬浮水泵实施方案与技术探讨

陈群 伍秉华

（中山市羽顺热能技术设备有限公司）

摘要：燃烧热量运输需要稳定可靠且高效的动力源，在采暖炉中，水泵是热量传递主要部分，其可靠性和工作效率将影响整个采暖系统的运行效果。本文就提高水泵可靠性和提高效率的技术方案进行探讨，为实际应用过程的系统优化提供参考。

关建词：水泵；采暖炉；磁悬浮；轴承摩擦

1.引言

在采暖炉燃烧系统中，循环水泵是热量传送的动力源，但目前大部分采暖炉所用的泵是屏蔽型电容式单相异步电动机为动力，此类电机的端盖与转子轴之间的一般采用滚动、滑动式轴承，但从轴承上的材料、结构等 多种改良，都无法无法消除端盖与轴之间的摩擦，而摩擦的存在使机械寿命大打折扣，并产生摩擦噪声。

实际使用过程中，管道内的水长期加热，水质发生改变，含钙、镁离子等杂质沉积，导致轴被卡住的情况出现，使整个采暖系统无法工作。为了做到水的密封性，通常在电机的转子外加一层金属屏蔽罩，但这层非磁金属屏蔽罩具有导电性，在定子提供旋转磁场时因屏蔽罩的导电性，其内部形成电流回路，而电流产生的焦耳热提高电机温升，同时增加无用功率，降低了整个电机的效率。

针对屏蔽型电容式单相异步电动机水泵存在的问题，解决方法有以下几种思路：一是去掉端盖与轴之间的轴承；二是金属屏蔽罩采用非导电材料减少自身发热；三是叶轮与转子做成一体，增加密封性能。磁悬浮水泵的正是从这三方面改进了屏蔽型电容式单相异步电动机存在的问题，下文将从原理、应用方面对磁悬浮水泵作进一步分析。

2. 磁悬浮水泵

磁悬浮水泵包括电机、泵体。电机整体为“凹”型，与泵体的“凸”型衔接，采用螺丝连接固定。

其中，电机由定子铁芯、定子绕组、驱动控制器、外壳组成。泵体由转子、叶轮、泵体外壳组成，外壳上有进出水接口安装支架；泵体内转子外层镶嵌强力永磁铁，转子的一端安装叶轮，转子与叶轮为一个整体；转子与叶轮放在泵壳内的“凸”型的凸出位置，且与泵壳内壁之间有一定的空隙；转子位于“凸”字上部分，叶轮位于“凸”的下部分；泵壳整体是一个密封的部件，只有进出水两个外接口。

电机与泵体成“凹凸”紧密组合，泵体转子位于电机定子的中心。

2.1 磁悬浮的原理

水泵运行时，定子绕组上通上一定方向的励磁电流，定子铁芯产生磁场，并且磁极与转子永磁铁极性相同相互排拆，此时转子叶轮在泵壳内呈悬浮状态；再按规率变换定子绕组的电流方向，定子铁芯的磁极跟随改变，由同极改为异极，转子则转动一步。

2.1.1 磁极排布与旋转原理

转子分3组异性磁极，空间角度为180度；每组分3对，相邻的极性相同，空间角度为180度；共9对磁极。定子分9对磁极空间角度为180度。磁极排布如图1—6，表1所示。

表1

注:  ×表示不通励磁电流；1L+与1L-、2L+与2L-、3L+与3L-、4L+与4L-、5L+与5L-、6L+与6L-、7L+与7L-、8L+与8L-、9L+与9L-为9个串联式绕组，物理连接相反，正对转子面的磁极相异。

如图1所示，转子磁极是电机转子上的强力永磁铁，共3组；组内的磁极为180度空间角，组与组相邻之间的磁极性相异；每组再分3对磁极，组每对磁极内相邻磁极相同。整个转子上共有9对磁极。

如表1所示，定子磁极是电机定子上的绕组加载励磁电流后产生的磁极，共9对绕组；每对绕组为串联连接，且磁极相异。定子上的绕组加载励磁电流后产生磁极，未加载励磁电流绕组为检测转子磁极。

①转子悬浮力的产生：图1所示，当定子绕组检测到转子磁极，并检测出每组中3对中间的那一对时，中间所对应定子磁极绕组加载与之相同的励磁电流，因为同极排拆，产生推开转子的力，此时转子的3组磁极对应的定子磁极绕组同时加载与之相同的励磁电流，则转子悬浮在水泵壳中央。

②转子旋转扭力的产生：当转子悬浮后，参考图2所示，已加励磁电流绕组的右侧（另两组也同时加入）再通入与转子磁极相同励磁电流，那么对应磁极也是相同产生排拆力，但转子上相邻的那一对磁极相异，具有相吸的拉力，那么正好由排拆力转为拉力，此时转子向左旋转一步。

③转子旋转悬浮力的产生：转子向左旋转一步后，参考图3所示，定子上的励磁电流也向左移动一对，磁极也是相异，产生排拆力，转子还保持悬浮。

转子持续旋转扭力的产生：持续以上①③②三步，转子悬浮并向左旋转。

2.1.2 驱动和检测

磁极的物理排布和旋转模型实现，需要驱动来提供励磁电流和检测电路判断应输出什么极性的励磁电流，给对应的定子绕组产生对应的磁极。9对定子磁极绕组是独立的，根据转子的转动磁极持续变化，所以每一组绕组采用桥式驱动，输出不同方向的电流而改变定子上的磁极。按上磁极的排布，需9组桥式驱动电路。图7为其中一组电路的原理分析图。

图7 电路原理图

图7所示，P1、P2、RX1、RX2接驱动器的端口；L1、L2接定子绕组的两端；P1、P2接驱动器信号的输出口；RX1、RX2接驱动器的信号检测口。+V和GND接电源正及与负极。J1—J4四个开关管组成一组桥；R3—R6四个电阻的组合，是检测分压电阻也是下桥臂的驱动分压电阻。R1—R2两个电阻为上桥臂的驱动。

为方便原理描述参照上表1，L1、L2接定子绕组，表1中的1L+和1L-两端。P1为ON时磁极为N/S，P2为ON时磁极为S/N。

（1）转子磁极的检测

转子静止时磁极的检测，驱动器的输出口先给P1一个ON脉冲信号，此时开关管J2，J4导通产生励磁电流，定子磁极为N/S；再把P1脉冲信号关掉，再检L1、L2的反向电动势，如果能量增加，则说明磁极相异，反之为相同。转子运行时的检测，当转子组与组间的磁极是相异的，经过定子磁极时，定子磁极绕组L1、L2产生一个较强电动势，检出这个动势的方向则知道由哪个磁极转换到哪个磁极。

（2）桥式驱动器

定子上的磁极因转子旋转上磁极同一物理位置的磁极是变化的。为了有对应的磁极，那么定子磁极也要持续的改变。磁极的改变就需要励磁电流方向的改变，那么采用桥式驱动就只需单电源。

参照图7，驱动器的输出口给P1为ON时，此时开关管J2、J4导通，L1、L2两端的电流方向为L1流向L2，按上述的连接，励磁电流产生的磁极为N/S。

参照图7，驱动器的输出口给P2为ON时，此时开关管J3、J1导通，L1、L2两端的电流方向为L2流向L1；按上述的连接，励磁电流产生的磁极为S/N。

驱动器的输出口给P1、P2  ON信号时，有互锁功能；不会同时出现ON信号。

*以上为部分精彩内容，完整版请关注《供暖信息》7月刊 441期。

参考文献

[1]刘华清等.德国磁悬浮列车Transrapid[M].成都：电子科技大学出版社,1995年.

[2]高月春,熊光煜.直线异步电机空载气隙磁场的计算分析[J].太原理工大学报,1999(03):2831.DOI:10.16355/j.cnki.issn1007-9432tyut.1999.03.007.

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