Истражување за пресметување на запечатување ѕвезди и примена на машини за синхрони влечење со постојан магнет

Позадина

Синхроните мотори со постојан магнет (PMSM) се широко користени во модерната индустрија и секојдневниот живот поради нивните предности за висока ефикасност, заштеда на енергија и доверливост, што ги прави најпосакувана енергетска опрема во многу области. Машините за синхроно влечење со постојан магнет, преку напредни контролни технологии, не само што обезбедуваат непречено движење на кревање туку и постигнуваат прецизно позиционирање и безбедносна заштита на кабината на лифтот. Со своите одлични перформанси, тие станаа клучни компоненти во многу системи на лифтови. Меѓутоа, со континуираниот развој на технологијата за лифтови, се зголемуваат барањата за изведба на машините за синхроно влечење со постојан магнет, особено примената на технологијата за „запечатување ѕвезди“, која стана жариште за истражување.

Истражувачки прашања и значење

Традиционалната евалуација на вртежниот момент на запечатување ѕвезди во машините за синхрони влечење со постојан магнет се потпира на теоретски пресметки и изведба од измерени податоци, кои се борат да ги земат предвид ултра-минливите процеси на запечатување ѕвезди и нелинеарноста на електромагнетните полиња, што резултира со ниска ефикасност и точност. Моменталната голема струја за време на запечатувањето на ѕвездите претставува ризик од неповратна демагнетизација на постојаните магнети, што исто така е тешко да се процени. Со развојот на софтвер за анализа на конечни елементи (FEA), овие прашања беа решени. Во моментов, теоретските пресметки повеќе се користат за водење на дизајнот, а нивното комбинирање со софтверска анализа овозможува побрза и попрецизна анализа на вртежниот момент на запечатување ѕвезди. Овој труд зема синхрона влечна машина со постојан магнет како пример за да спроведе анализа на конечни елементи на нејзините работни услови за запечатување ѕвезди. Овие студии не само што помагаат да се збогати теоретскиот систем на машините за синхроно влечење со постојан магнет, туку исто така обезбедуваат силна поддршка за подобрување на безбедносните перформанси на лифтот и оптимизирање на перформансите.

Примена на анализа на конечни елементи во пресметки за запечатување ѕвезди

За да се потврди точноста на резултатите од симулацијата, беше избрана влечна машина со постоечки податоци за тестирање, со номинална брзина од 159 вртежи во минута. Измерениот вртежен момент за запечатување на ѕвездите во стабилна состојба и струјата на намотување при различни брзини се како што следува. Вртежниот момент на запечатување на ѕвездите го достигнува својот максимум при 12 вртежи во минута.

Слика 1: Измерени податоци за запечатување на ѕвезди

Следно, беше извршена анализа на конечни елементи на оваа влечна машина со помош на софтверот Maxwell. Прво, беше воспоставен геометрискиот модел на влечната машина и беа поставени соодветните својства на материјалот и граничните услови. Потоа, со решавање на равенките на електромагнетното поле, се добиени кривите на струјата на временскиот домен, кривите на вртежниот момент и состојбите на демагнетизација на постојаните магнети во различни времиња. Потврдена е конзистентноста помеѓу резултатите од симулацијата и измерените податоци.

Воспоставувањето на моделот на конечни елементи на влечната машина е фундаментално за електромагнетната анализа и нема да биде елаборирано овде. Нагласено е дека поставките за материјалот на моторот мора да одговараат на вистинската употреба; со оглед на последователната анализа на демагнетизација на постојаните магнети, нелинеарни B-H криви мора да се користат за постојани магнети. Овој труд се фокусира на тоа како да се имплементира симулација на запечатување и демагнетизација на влечната машина во Максвел. Запечатувањето со ѕвезди во софтверот се реализира преку надворешно коло, со специфична конфигурација на колото прикажана на сликата подолу. Трифазните намотки на статорот на влечната машина се означени како LPhaseA/B/C во колото. За да се симулира ненадејно запечатување со ѕвезди од краток спој на трифазните намотки, паралелен модул (составен од извор на струја и прекинувач контролиран од струја) е поврзан во серија со секое коло за намотување на фазата. Првично, прекинувачот контролиран од струја е отворен, а трифазниот извор на струја ги напојува намотките. Во одредено време, прекинувачот контролиран од струја се затвора, при што се поврзува трофазниот извор на струја и се скратуваат трифазните намотки, влегувајќи во состојба на запечатување на ѕвезда на краток спој.

Слика 2: Дизајн на коло за заптивање со ѕвезди

Измерениот максимален вртежен момент за запечатување ѕвезди на влечната машина одговара на брзина од 12 вртежи во минута. За време на симулацијата, брзините беа параметриизирани како 10 вртежи во минута, 12 вртежи во минута и 14 вртежи во минута за да се усогласат со измерената брзина. Во однос на времето на запирање на симулацијата, имајќи предвид дека струите на намотување се стабилизираат побрзо при помали брзини, беа поставени само 2-3 електрични циклуси. Од кривите на резултатите од временскиот домен, може да се процени дека пресметаниот вртежен момент за запечатување на ѕвездите и струјата на намотување се стабилизирале. Симулацијата покажа дека вртежниот момент на запечатување на ѕвезди во стабилна состојба при 12 вртежи во минута е најголем, со 5885,3 Nm, што е за 5,6% пониско од измерената вредност. Измерената струја на намотување беше 265,8 А, а симулираната струја беше 251,8 А, при што вредноста на симулацијата беше исто така 5,6% пониска од измерената вредност, задоволувајќи ги барањата за точност на дизајнот.

Слика 3: Вртежен момент за заптивање со врвна ѕвезда и струја на намотување

Машините за влечење се специјална опрема од клучно значење за безбедноста, а демагнетизацијата со постојан магнет е еден од клучните фактори кои влијаат на нивните перформанси и доверливост. Не е дозволена неповратна демагнетизација што ги надминува стандардите. Во овој труд, софтверот Ansys Maxwell се користи за симулирање на карактеристиките на демагнетизација на постојаните магнети под обратни магнетни полиња индуцирани од струите на краток спој во состојба на запечатување на ѕвезди. Од трендот на струјата на намотување, тековниот врв надминува 1000 А во моментот на запечатување со ѕвезди и се стабилизира по 6 електрични циклуси. Стапката на демагнетизација во софтверот Максвел го претставува односот на преостанатиот магнетизам на постојаните магнети по изложеноста на полето за демагнетизирање со нивниот оригинален преостанат магнетизам; вредноста 1 означува дека нема демагнетизација, а 0 означува целосна демагнетизација. Од кривите на демагнетизација и контурните карти, стапката на демагнетизација на постојан магнет е 1, без забележана демагнетизација, што потврдува дека симулираната влечна машина ги исполнува барањата за доверливост.

Слика 4: Крива на струја на намотување во временски домен под заптивање со ѕвезда при номинална брзина

Слика 5: Крива на стапка на демагнетизација и карта на контура на демагнетизација на постојани магнети

Продлабочување и Outlook

Преку симулација и мерење, вртежниот момент на запечатување ѕвезди на влечната машина и ризикот од демагнетизирање на постојан магнет можат ефикасно да се контролираат, обезбедувајќи силна поддршка за оптимизација на перформансите и обезбедувајќи безбедно работење и долговечност на влечната машина. Овој труд не само што ја истражува пресметката на вртежниот момент за запечатување на ѕвездите и демагнетизацијата кај машините за синхрони влечење со постојан магнет, туку исто така силно го промовира подобрувањето на безбедноста на лифтот и оптимизацијата на перформансите. Со нетрпение очекуваме унапредување на технолошкиот напредок и иновативни откритија на ова поле преку интердисциплинарна соработка и размена. Исто така, повикуваме повеќе истражувачи и практичари да се фокусираат на ова поле, придонесувајќи со мудрост и напори за подобрување на перформансите на машините за синхроно влечење со постојан магнет и обезбедувајќи безбедно функционирање на лифтовите.