Двигатель PMSM для насоса сточных вод

Проектирование Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) для насоса сточных вод требует сосредоточения внимания на высокий крутящий момент, надежность, коррозионная стойкость и энергоэффективность Ниже представлен структурированный подход к разработке PMSM для этого приложения.

1. Основные требования к канализационному насосу PMSM

A. Технические характеристики

Параметр	Типичный ассортимент насосов для очистки сточных вод
Сила	0,5 кВт - 50 кВт (погружной)
Скорость	1000-3600 об/мин (центробежные насосы)
Крутящий момент	5 - 200 Нм (зависит от размера насоса)
Напряжение	380 В переменного тока (промышленный) / 48 В постоянного тока (резервный аккумулятор)
Эффективность	>92% (преимущество PMSM)
Защита	IP68 (погружной) / IP55 (надводный)
Охлаждение	Водяное охлаждение (погружное) / вентиляторное охлаждение (поверхностное)

B. Экологические и механические соображения

Коррозионная стойкость Корпус из нержавеющей стали, обмотки покрыты эпоксидной смолой.

Запечатывание Герметичное уплотнение для погружных насосов.

Обработка твердых частиц Прочные подшипники (керамические или из карбида вольфрама).

Регулирование температуры → Высокотемпературные магниты (SmCo или высококачественный NdFeB).

2. Этапы проектирования насоса для сточных вод PMSM

A. Электромагнитная конструкция

(i) Конструкция статора

• Комбинация прорези и шеста:

♦ 12-щелевой/ 10-полюсный (низкое зацепление, плавный крутящий момент).

♦ 18-щелевой/16-полюсный (более высокая плотность крутящего момента).

• Материал для ламинирования:

♦ Кремниевая сталь М19/М27 (низкие потери железа).

• Тип намотки:

♦ Распределенные обмотки (лучшая синусоидальная обратная ЭДС).

(ii) Конструкция ротора

• Магнитный тип:

♦ NdFeB (марка N42EH или выше) для обеспечения высокого крутящего момента.

♦ Кобальт-самарий (SmCo), если требуется высокая коррозионная стойкость.

• Магнитное устройство:

♦ Поверхностный монтаж PM (SPM) → Упрощает производство.

♦ Внутренний PM (IPM) → Повышенная механическая прочность.

• Корпус ротора (для погружных двигателей) Втулка из нержавеющей стали для защиты магнитов.

(iii) Оптимизация воздушного зазора

• 0,8-1,2 мм (баланс между крутящим моментом и технологичностью).

B. Термический и механический дизайн

(i) Система охлаждения

• Погружные двигатели:

♦ С водяным охлаждением (насосная жидкость охлаждает двигатель).

• Двигатели с сухой установкой:

♦ С вентиляторным охлаждением (TEFC - Полностью закрытый вентилятор с охлаждением).

(ii) Выбор подшипника

Керамические подшипники устойчивы к воздействию абразивных частиц.

Двойные механические уплотнения предотвращают попадание воды.

(iii) Защита от коррозии

• Нержавеющая сталь (316L) Корпус → Для очистки агрессивных сточных вод.

Обмотки статора с эпоксидным покрытием предотвращают повреждение от влаги.

C. Электроника управления двигателем и привода

(i) Стратегия контроля

• Управление, ориентированное на поле (FOC) → Наилучшая эффективность и контроль крутящего момента.

Бескодирующее (бессенсорное) управление снижает затраты (используется обратная ЭДС).

Плавный пуск предотвращает гидравлический удар в насосных системах.

(ii) Требования к инвертору

VFD (частотно-регулируемый привод) на базе IGBT Для регулирования скорости.

• Защита от перегрузки → Устраняет засорение насоса.

(iii) Источник питания

• 3-фазный переменный ток (380 В/480 В) → Двигатель промышленных насосов источник питания.

• Постоянный ток (48 В/72 В) с резервной батареей → Для удаленной установки.

3. Пример спецификации PMSM для насоса для сточных вод мощностью 5 кВт

Параметр	Ценность
Сила	5 кВт
Скорость	2900 оборотов В минуту
Напряжение	380 В переменного тока
Крутящий момент	16,5 Нм
Статор	18-пазовая распределенная обмотка
Ротор	16-полюсный, IPM (NdFeB)
Охлаждение	С водяным охлаждением (погружной)
Контроль	Фокусное расстояние в режиме без кодирования
Эффективность	94%
Защита	IP68

4. Преимущества PMSM перед другими двигателями в канализационных насосах

Особенность	ПМСМ	Асинхронный двигатель	Постоянный ток
Эффективность	★★★★★	★★★☆	★★★★☆
Плотность крутящего момента	★★★★★	★★★☆	★★★★
Поддержка	★★★★★	★★★★☆	★★★★☆
Регулирование скорости	★★★★★	★★★☆	★★★★☆
Коррозионная стойкость	★★★★☆	★★★☆	★★★★

Почему PMSM побеждает?

✔ Более высокая эффективность и, как правило, более низкие затраты на электроэнергию (что особенно важно для насосов, работающих в режиме 24/7).
✔ Улучшенная регулировка скорости и предотвращение кавитации насоса.
✔ Компактный и легкий, помещается в герметичные поддоны.

5. Проблемы и пути их решения

Вызов	Решение
Коррозия в сточных водах	Корпус из нержавеющей стали, эпоксидное покрытие.
Абразивные частицы, повреждающие подшипники	Подшипники из керамики или карбида вольфрама.
Требования к высокому пусковому моменту	Фокус с ослаблением потока.
Отвод тепла в погружных двигателях	Прямое жидкостное охлаждение.

6. Промышленных и Городских Сточных Вод Насосы

Параметр	Промышленный насос	Муниципальный канализационный насос
Сила	5-50 кВт	10-200 кВт
Скорость	1500-3600 оборотов в минуту	1000-1800 оборотов в минуту
Защита	IP68	Степень защиты IP68 + от засорения
Контроль	ЧРП + ФОКУС	Расширенная интеграция SCADA

Заключительные рекомендации

⇒ Для погружные канализационные насосы → PMSM со степенью защиты IP68, водяным охлаждением и FOC.

⇒ Для насосы для поверхностных сточных вод - TEFC PMSM с антикоррозийным покрытием.

⇒ Для системы резервного питания от батарей → 48 В/72 В PMSM с бесконтактным управлением.

Нужна ли вам помощь в конкретном моделировании МКЭ, выборе материала или сопряжении ЧРП? Свяжитесь с нами для обсуждения двигатель насоса для очистки сточных вод дизайн.