Výskum výpočtu pri utesnení hviezd a aplikácie stroje synchrónnych trakčných strojov s permanentnými magnetmi

Pozadie

Synchrónne motory s permanentnými magnetmi (PMSM) sa široko používajú v modernom priemysle a každodennom živote kvôli ich výhodám vysokej účinnosti, úspory energie a spoľahlivosti, čím sa z nich stávajú preferované energetické vybavenie v mnohých oblastiach. Synchrónne trakčné stroje s permanentným magnetom prostredníctvom pokročilých riadiacich technológií nielen poskytujú hladký pohyb zdvíhania, ale tiež dosahujú presné umiestnenie a bezpečnostnú ochranu vozidla výťahu. Vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu sa stali kľúčovými komponentmi v mnohých systémoch výťahu. Avšak pri nepretržitom vývoji technológie výťahu sa zvyšujú požiadavky na výkonnosť stroje na permanentné magnety synchrónne trakčné stroje, najmä aplikácia technológie „Star-BEALING“, ktorá sa stala výskumným hotspotom.

Výskumné problémy a význam

Tradičné vyhodnotenie momentu utesňujúceho hviezd v stroje na synchrónne trakcie s permanentnými magnetmi sa spolieha na teoretické výpočty a odvodenie z nameraných údajov, ktoré sa snažia zohľadniť ultra-prenosné procesy utesňovania hviezd a nelinearitu elektromagnetických polí, čo vedie k nízkej účinnosti a presnosti. Okamžitý veľký prúd počas utesnenia hviezd predstavuje riziko ireverzibilnej demagnetizácie stálych magnetov, čo je tiež ťažké vyhodnotiť. S vývojom softvéru FINITE Element Analysis (FEA) sa tieto problémy riešili. V súčasnosti sa teoretické výpočty používajú viac na usmernenie dizajnu a ich kombinácia so softvérovou analýzou umožňuje rýchlejšiu a presnejšiu analýzu krútiaceho momentu zapečatenia hviezd. Tento dokument berie ako príklad na vykonanie analýzy konečných prvkov svojich prevádzkových podmienok utesňujúcich hviezdu synchrónnu trakčnú stroj. Tieto štúdie nielenže pomáhajú obohatiť teoretický systém stroje synchrónnych trakčných strojov permanentných magnetov, ale tiež poskytujú silnú podporu pri zlepšovaní bezpečnostného výkonu výťahu a optimalizácii výkonu.

Aplikácia analýzy konečných prvkov pri výpočtoch pri utesnení hviezd

Na overenie presnosti výsledkov simulácie sa vybral trakčný stroj s existujúcimi testovacími údajmi s menovkou rýchlosťou 159 ot./min. Nameraný krútiaci moment v ustálenom stave a kľukatý prúd pri rôznych rýchlostiach sú nasledujúce. Krútiaci krútiaci moment hviezdy dosahuje svoje maximum pri 12 ot./min.

Obrázok 1: Namerané údaje o utesnení hviezd

Ďalej sa analýza konečných prvkov tohto trakčného stroja uskutočnila pomocou softvéru Maxwell. Po prvé, bol stanovený geometrický model trakčného stroja a boli stanovené zodpovedajúce vlastnosti materiálu a hraničné podmienky. Potom sa pomocou riešenia elektromagnetického poľa rovnice v rôznych časoch získali krivky prúdu časovej oblasti, krivky krútiaceho momentu a demagnetizačné stavy trvalých magnetov. Bola overená konzistentnosť medzi výsledkami simulácie a meranými údajmi.

Vytvorenie modelu konečných prvkov trakčného stroja je základom elektromagnetickej analýzy a nebude tu rozpracovaná. Zdôrazňuje sa, že materiálové nastavenia motora sa musia prispôsobiť skutočnému použitiu; Vzhľadom na následnú analýzu demagnetizácie stálych magnetov sa pre trvalé magnety musia použiť nelineárne krivky B-H. Tento dokument sa zameriava na to, ako implementovať simuláciu trakčného stroja v Maxwell. Hviezdne utesnenie v softvéri sa realizuje prostredníctvom externého obvodu, pričom špecifická konfigurácia obvodu je znázornená na obrázku nižšie. Trojfázové vinutia statora v trakčnom stroji sú označené ako LPHASEA/B/C v obvode. Na simuláciu náhleho skratového utesnenia hviezd s trojfázovým vinutiam je v sérii pripojený paralelný modul (zložený zo zdroja prúdu a spínača kontrolovaného prúdom) s každým fázovým vinutím. Spočiatku je spínač riadený prúdom otvorený a trojfázový prúdový zdroj dodáva napájanie vinutia. V stanovenom čase sa spínač riadený prúdom uzatvára, skratuje trojfázový zdroj prúdu a skratuje trojfázové vinutia, pričom sa zadáva skratový stav utesnenia hviezd.

Obrázok 2: Dizajn obvodu obvodu hviezd

Nameraný maximálny krútiaci moment trakcie trakcie zodpovedá rýchlosti 12 ot./min. Počas simulácie boli rýchlosti parametrizované ako 10 ot./min., 12 ot / min a 14 ot./min. Aby sa zarovnala s nameranou rýchlosťou. Pokiaľ ide o čas zastavenia simulácie, vzhľadom na to, že vinuté prúdy sa stabilizujú rýchlejšie pri nižších rýchlostiach, boli nastavené iba 2–3 elektrické cykly. Z kriviek výsledkov v časovej doméne je možné usúdiť, že vypočítaný krútiaci moment a kľukatý prúd sa stabilizoval. Simulácia ukázala, že krútiaci moment v ustálenom stave, ktorý utesňuje hviezdu pri 12 ot./min. Bol najväčší, pri 5885,3 nm, čo bolo o 5,6% nižšie ako nameraná hodnota. Nameraný kľukatý prúd bol 265,8 A a simulovaný prúd bol 251,8 A, pričom simulačná hodnota bola tiež o 5,6% nižšia ako nameraná hodnota, čo spĺňa požiadavky na presnosť návrhu.

Obrázok 3: Maximálny krútiaci moment a kľukatý prúd.

Trakčné stroje sú bezpečnostné kritické vybavenie a demagnetizácia permanentného magnetu je jedným z kľúčových faktorov ovplyvňujúcich ich výkon a spoľahlivosť. Nezvratná demagnetizácia presahujúca normy nie je povolená. V tomto článku sa softvér ANSYS Maxwell používa na simuláciu demagnetizačných charakteristík stálych magnetov pod reverznými magnetickými poliami vyvolanými skratovými prúdmi v stave utesňujúceho hviezdy. Z trendu vinutia prúdu prúdový vrchol presahuje 1 000 A v okamihu, keď sa zapečatenie hviezd a stabilizuje po 6 elektrických cykloch. Rýchlosť demagnetizácie v softvéri Maxwell predstavuje pomer zvyškového magnetizmu trvalých magnetov po vystavení demagnetizujúcemu poľu svojmu pôvodnému zvyškovému magnetizmu; Hodnota 1 označuje žiadnu demagnetizáciu a 0 označuje úplnú demagnetizáciu. Z kriviek demagnetizácie a obrysových máp je miera demagnetizácie permanentného magnetu 1, bez pozorovanej demagnetizácie, čo potvrdzuje, že simulovaný trakčný stroj spĺňa požiadavky na spoľahlivosť.

Obrázok 4: Krivka časovej domény vinutia prúdu pri utesnení hviezdou pri menovitej rýchlosti

Obrázok 5: Krivka rýchlosti demagnetizácie a demagnetizačná mapa trvalých magnetov

Prehlbovanie a výhľad

Prostredníctvom simulácie a merania je možné efektívne kontrolovať moment trakčného stroja a riziko demagnetizácie permanentného magnetu, čo poskytuje silnú podporu pre optimalizáciu výkonu a zabezpečenie bezpečnej prevádzky a dlhovekosti trakčného stroja. Tento článok nielen skúma výpočet krútiaceho momentu a demagnetizácie Star-Ualing v strojoch synchrónnych trakcií s permanentnými magnetmi, ale tiež silne podporuje zlepšenie bezpečnosti výťahu a optimalizácie výkonu. Tešíme sa na pokrok v technologickom pokroku a inovatívnych prielomoch v tejto oblasti prostredníctvom interdisciplinárnej spolupráce a výmen. Vyzývame tiež viac výskumných pracovníkov a odborníkov, aby sa zamerali na túto oblasť, prispeli múdrosťou a úsilím o zlepšenie výkonu strojov na synchrónne trakcie s permanentnými magnetmi a zabezpečenie bezpečnej prevádzky výťahov.