基于粒子群算法的核屏蔽感应电机多目标优化设
来源：未知
发布日期：2019-10-18 14:34【大 中 小】
引 言
核屏蔽电机与泵配合，在核反应堆冷却回路 中用来输送冷却介质。屏蔽感应电机与普通感应 电机的不同是定子铁心内圆和转子铁心外圆上各 有一层非导磁、高电阻率的屏蔽套。由于屏蔽 套的存在，使定转子之间的有效气隙变长。屏蔽 套在气隙交变磁场中受电磁力作用，产生涡流损耗，导致屏蔽感应电机的效率低于普通感应电机 约 10 个百分点。
基于以上研究，本文将有限元法与磁路法相 结合，设计了 1 台 20 kW 的核屏蔽感应电机。 通过有限元仿真，选取定子槽口宽度 Bs0、气隙长 度 δ、定子槽宽 Bs、电机长径比 d 为优化变量，将 响应面法与正交试验表相结合，建立了以电机效 率和电磁噪声为优化目标及输出功率为约束的优 化模型，再利用粒子群算法对优化模型优化求解， 获得最佳优化变量组合，为电机设计及性能优化 提供了一定的依据。
核屏蔽感应电动机电磁参数设计
屏蔽感应电机作为核反应堆冷却回路中的动 力输出部件，根据二次冷却回路系统中对屏蔽感 应电机的实际要求，确定了电机的一些主要设计 指标传统电机设计方法依靠磁路法对电机进行设 计，存在设计周期长、设计的电机性能与设计指标 偏差较大等问题。随着有限元软件的发展，电机 设计方式也在发生变化。本文将有限元法与磁路相结合，根据磁路法对电机电磁参数进行初步 设计，将电磁参数代入到有限元软件中，对屏蔽感应电机电磁参数进行设计和调整，利用有限元软件对电机不同运行状态进行仿真研究，以此使设 计的电机满足设计要求。
电机效率及电磁噪声分析
本文研究对象为感应电机，只对电机在额定运 行状态下进行效率和噪声仿真分析。屏蔽感应电 机的损耗主要包括屏蔽套涡流损耗 PC、铁耗 PFe、 定子绕组铜耗 PCu1、转子绕组铜耗 PCu2、摩擦损耗 PB、杂散损耗 PS。核屏蔽感应电机作为电动机运 行，电动机效率可以采用功率流的思想进行求解。 电动机的输入功率在数值上等于电机输出功率与 各种损耗之和。
参数优化过程
建立正交试验表
机设计是一个复杂的过程，为了获取更佳 的变量组合，需要研究优化变量对电机效率和电 磁噪声的影响。
建立优化目标及约束条件数学模型
结 语
上海合愉电机根据核屏蔽感应电机设计指标，将有限 元法和磁路法相结合设计了 1 台满足要求的电 机。通过有限元法确定影响电机电磁噪声和效率 的优化变量，使用响应面法建立优化目标和约束 条件的优化模型，利用粒子群多目标优化算法对 电机多目标优化模型进行优化。优化后电机效率 提高了2．6%，电磁噪声降低了 5．2 dB。仿真结果 表明: 粒子群优化算法可以有效地对电机效率和 电磁噪声进行综合优化，而且优化后效果比较 显著。
