Изследване на изчисляването и приложението на звездообразно запечатване на синхронни тягови машини с постоянен магнит

Фон

Синхронните двигатели с постоянни магнити (PMSM) се използват широко в съвременната индустрия и ежедневието поради предимствата си на висока ефективност, икономия на енергия и надеждност, което ги прави предпочитано енергийно оборудване в много области. Синхронните тягови машини с постоянен магнит, чрез усъвършенствани технологии за управление, не само осигуряват плавно движение на повдигане, но също така постигат прецизно позициониране и защита на безопасността на кабината на асансьора. С отличното си представяне те са се превърнали в ключови компоненти в много асансьорни системи. Въпреки това, с непрекъснатото развитие на асансьорната технология, изискванията за производителност на синхронните тягови машини с постоянен магнит се увеличават, особено прилагането на технологията за "звездно запечатване", която се превърна в изследователска гореща точка.

Изследователски проблеми и значение

Традиционната оценка на въртящия момент на запечатване на звезда в синхронни тягови машини с постоянен магнит разчита на теоретични изчисления и извличане от измерени данни, които трудно могат да отчитат свръхпреходните процеси на запечатване на звезда и нелинейността на електромагнитните полета, което води до ниска ефективност и точност. Моментният голям ток по време на звездообразно запечатване създава риск от необратима демагнетизация на постоянните магнити, което също е трудно да се оцени. С разработването на софтуер за анализ на крайни елементи (FEA) тези проблеми бяха адресирани. Понастоящем теоретичните изчисления се използват повече за насочване на дизайна и комбинирането им със софтуерен анализ позволява по-бърз и по-точен анализ на въртящия момент при запечатване на звезда. Тази статия взема за пример синхронна тягова машина с постоянен магнит за извършване на анализ с крайни елементи на нейните работни условия за запечатване на звезди. Тези проучвания не само помагат за обогатяване на теоретичната система за синхронни тягови машини с постоянен магнит, но също така осигуряват силна подкрепа за подобряване на безопасността на асансьора и оптимизиране на работата.

Приложение на анализа на крайните елементи в изчисленията за запечатване на звезди

За да се провери точността на резултатите от симулацията, беше избрана тягова машина със съществуващи тестови данни с номинална скорост от 159 об./мин. Измереният стационарен въртящ момент на запечатване на звезда и ток на намотка при различни скорости са както следва. Въртящият момент на звездообразното уплътнение достига своя максимум при 12 об./мин.

Фигура 1: Измерени данни на Star-Sealing

След това беше извършен анализ с крайни елементи на тази тягова машина с помощта на софтуера Maxwell. Първо беше създаден геометричният модел на тяговата машина и бяха зададени съответните свойства на материала и гранични условия. След това, чрез решаване на уравненията на електромагнитното поле, бяха получени кривите на тока във времевата област, кривите на въртящия момент и състоянията на размагнитване на постоянните магнити в различни моменти. Съгласуваността между резултатите от симулацията и измерените данни беше проверена.

Създаването на модел с крайни елементи на тяговата машина е фундаментално за електромагнитния анализ и няма да бъде разглеждано тук. Подчертава се, че настройките на материала на двигателя трябва да съответстват на действителната употреба; предвид последващия анализ на размагнитването на постоянни магнити, трябва да се използват нелинейни B-H криви за постоянни магнити. Този документ се фокусира върху това как да се приложи звездообразно запечатване и симулация на размагнитване на тяговата машина в Maxwell. Запечатването на звезда в софтуера се реализира чрез външна верига, със специфичната конфигурация на веригата, показана на фигурата по-долу. Трифазните статорни намотки на тяговата машина са означени като LPhaseA/B/C във веригата. За да се симулира внезапно звездно запечатване на трифазните намотки при късо съединение, паралелен модул (съставен от източник на ток и превключвател, управляван от ток) е свързан последователно към веригата на всяка фазова намотка. Първоначално превключвателят, управляван от ток, е отворен и трифазният източник на ток захранва намотките. В зададено време превключвателят, контролиран от тока, се затваря, свързвайки накъсо трифазния източник на ток и съединявайки накъсо трифазните намотки, влизайки в състояние на звездно запечатване на късо съединение.

Фигура 2: Дизайн на схема за запечатване на звезда

Измереният максимален въртящ момент на звездообразно уплътнение на тяговата машина съответства на скорост от 12 об./мин. По време на симулацията скоростите бяха параметризирани като 10 rpm, 12 rpm и 14 rpm, за да се приведат в съответствие с измерената скорост. По отношение на времето за спиране на симулацията, като се има предвид, че токовете на намотките се стабилизират по-бързо при по-ниски скорости, бяха зададени само 2–3 електрически цикъла. От кривите във времевата област на резултатите може да се прецени, че изчисленият въртящ момент на запечатване на звездата и токът на намотката са се стабилизирали. Симулацията показа, че въртящият момент на запечатване на звездата в стационарно състояние при 12 rpm е най-големият, при 5885,3 Nm, което е с 5,6% по-ниско от измерената стойност. Измереният ток на намотката беше 265,8 A, а симулираният ток беше 251,8 A, като стойността на симулацията също беше с 5,6% по-ниска от измерената стойност, отговаряйки на изискванията за точност на дизайна.

Фигура 3: Пиков въртящ момент при звездообразно запечатване и ток на намотката

Тяговите машини са критично специално оборудване за безопасността и размагнитването на постоянния магнит е един от ключовите фактори, влияещи върху тяхната производителност и надеждност. Не се допуска необратимо размагнитване над стандартите. В тази статия софтуерът Ansys Maxwell се използва за симулиране на характеристиките на размагнитване на постоянни магнити при обратни магнитни полета, индуцирани от токове на късо съединение в състояние на звездно запечатване. От тенденцията на навиване на тока пикът на тока надвишава 1000 A в момента на запечатване на звездата и се стабилизира след 6 електрически цикъла. Степента на размагнитване в софтуера на Maxwell представлява съотношението на остатъчния магнетизъм на постоянните магнити след излагане на размагнитващо поле към първоначалния им остатъчен магнетизъм; стойност 1 показва липса на размагнитване, а 0 показва пълно размагнитване. От кривите на размагнитване и контурните карти степента на размагнитване на постоянния магнит е 1, без да се наблюдава размагнитване, което потвърждава, че симулираната тягова машина отговаря на изискванията за надеждност.

Фигура 4: Времева крива на тока на намотката при звездно запечатване при номинална скорост

Фигура 5: Крива на скоростта на размагнитване и контурна карта на размагнитване на постоянни магнити

Задълбочаване и Outlook

Чрез симулация и измерване въртящият момент на запечатване на звездата на тяговата машина и рискът от размагнитване на постоянен магнит могат да бъдат ефективно контролирани, осигурявайки силна подкрепа за оптимизиране на производителността и осигурявайки безопасна работа и дълголетие на тяговата машина. Тази статия не само изследва изчисляването на въртящия момент и размагнитването на звездообразно запечатване в синхронни тягови машини с постоянен магнит, но също така силно насърчава подобряването на безопасността на асансьора и оптимизирането на производителността. Очакваме напредък в технологичния прогрес и иновативни пробиви в тази област чрез интердисциплинарно сътрудничество и обмен. Също така призоваваме повече изследователи и практици да се съсредоточат върху тази област, допринасяйки с мъдрост и усилия за подобряване на производителността на синхронните тягови машини с постоянен магнит и осигуряване на безопасна работа на асансьорите.