Ricerca sul calcolo delle stelle e l'applicazione di macchine per la trazione sincrono a magnete permanente

Sfondo

I motori sincroni permanenti a magneti (PMSMS) sono ampiamente utilizzati nell'industria moderna e nella vita quotidiana a causa dei loro vantaggi di alta efficienza, risparmio energetico e affidabilità, rendendoli le attrezzature di energia preferite in numerosi campi. Le macchine permanenti di trazione sincrona a magneti, attraverso tecnologie di controllo avanzate, non solo forniscono un movimento di sollevamento regolare, ma ottengono anche una protezione precisa di posizionamento e sicurezza dell'auto dell'ascensore. Con le loro eccellenti prestazioni, sono diventati componenti chiave in molti sistemi ascensori. Tuttavia, con il continuo sviluppo della tecnologia dell'ascensore, i requisiti di prestazione per le macchine per la trazione sincrona permanente sono aumentate, in particolare l'applicazione della tecnologia "di sigillatura a stelle", che è diventata un hotspot di ricerca.

Problemi di ricerca e significato

La valutazione tradizionale della coppia di guarnizione delle stelle nelle macchine per la trazione sincrona permanente del magnete si basa sui calcoli teorici e sulla derivazione da dati misurati, che lottano per tenere conto dei processi ultra-transienti di sigillaggio delle stelle e non linearità dei campi elettromagnetici, con conseguente bassa efficienza e accuratezza. La grande corrente istantanea durante la sigillaggio delle stelle pone un rischio di demagnetizzazione irreversibile di magneti permanenti, che è anche difficile da valutare. Con lo sviluppo del software di analisi degli elementi finiti (FEA), questi problemi sono stati affrontati. Attualmente, i calcoli teorici sono più utilizzati per guidare la progettazione e la combinazione con l'analisi del software consente un'analisi più rapida e accurata della coppia di guarnizione delle stelle. Questo documento prende una macchina per la trazione sincrona permanente a magnete come esempio per condurre un'analisi a elementi finiti delle sue condizioni operative di sigillaggio a stelle. Questi studi non solo aiutano a arricchire il sistema teorico delle macchine permanenti di trazione sincrone a magnete, ma forniscono anche un forte supporto per migliorare le prestazioni di sicurezza dell'ascensore e ottimizzare le prestazioni.

Applicazione dell'analisi degli elementi finiti nei calcoli di guarnizione delle stelle

Per verificare l'accuratezza dei risultati della simulazione, è stata selezionata una macchina di trazione con i dati di test esistenti, con una velocità nominale di 159 giri / min. La coppia misurata allo stato stazionario a stato stazionario e la corrente di avvolgimento a velocità diverse sono i seguenti. La coppia di guarnizione delle stelle raggiunge il massimo a 12 rpm.

Figura 1: dati misurati per il sigillo delle stelle

Successivamente, l'analisi degli elementi finiti di questa macchina di trazione è stata eseguita utilizzando il software Maxwell. Innanzitutto, è stato stabilito il modello geometrico della macchina di trazione e sono state impostate proprietà del materiale corrispondenti e condizioni al contorno. Quindi, risolvendo le equazioni del campo elettromagnetico, sono state ottenute le curve di corrente del dominio del tempo, le curve di coppia e gli stati di smagnetizzazione dei magneti permanenti in diversi momenti. La coerenza tra i risultati della simulazione e i dati misurati è stata verificata.

L'istituzione del modello a elementi finiti della macchina di trazione è fondamentale per l'analisi elettromagnetica e non sarà elaborata qui. Si sottolinea che le impostazioni del materiale del motore devono essere conformi all'utilizzo effettivo; Considerando la successiva analisi di smagnetizzazione di magneti permanenti, le curve B-H non lineari devono essere utilizzate per i magneti permanenti. Questo documento si concentra su come implementare la simulazione di star-sigilla e smagnetizzazione della macchina di trazione in Maxwell. La sigillatura a stelle nel software è realizzata attraverso un circuito esterno, con la configurazione specifica del circuito mostrato nella figura seguente. Gli avvolgimenti dello statore trifase della macchina di trazione sono indicati come lphasea/b/c nel circuito. Per simulare l'improvviso a corto circuito a stella di avvolgimento trifase, un modulo parallelo (composto da una sorgente corrente e un interruttore controllato da corrente) è collegato in serie con ciascun circuito di avvolgimento di fase. Inizialmente, l'interruttore controllato da corrente è aperto e la sorgente di corrente trifase fornisce energia agli avvolgimenti. In un momento prestabilito, l'interruttore controllato da corrente si chiude, corto a circuito la sorgente di corrente trifase e corticendo gli avvolgimenti trifase, entrando nello stato di guarnizione delle stelle di corto circuito.

Figura 2: design del circuito di sigillatura a stelle

La coppia misurata massima di guarnizione delle stelle della macchina di trazione corrisponde a una velocità di 12 giri / min. Durante la simulazione, le velocità sono state parametrizzate come 10 giri / min, 12 giri / min e 14 giri / min per allinearsi con la velocità misurata. Per quanto riguarda il tempo di arresto della simulazione, considerando che le correnti di avvolgimento si stabilizzano più velocemente a velocità più basse, sono stati impostati solo 2-3 cicli elettrici. Dalle curve del dominio del tempo dei risultati, si può giudicare che la coppia calcolata di guarnizione delle stelle e la corrente di avvolgimento si sono stabilizzate. La simulazione ha mostrato che la coppia di guarnizione delle stelle a stato stazionario a 12 rpm era la più grande, a 5885,3 nm, che era inferiore del 5,6% rispetto al valore misurato. La corrente di avvolgimento misurata era di 265,8 A e la corrente simulata era di 251,8 A, con il valore di simulazione anche del 5,6% inferiore al valore misurato, soddisfacendo i requisiti di accuratezza della progettazione.

Figura 3: coppia di picco di guarnizione delle stelle e corrente di avvolgimento

Le macchine di trazione sono attrezzature speciali critiche per la sicurezza e la demagnetizzazione permanente del magnete è uno dei fattori chiave che influenzano le loro prestazioni e affidabilità. Non è consentita la demagnetizzazione irreversibile che superano gli standard. In questo documento, il software Ansys Maxwell viene utilizzato per simulare le caratteristiche di smagnetizzazione dei magneti permanenti sotto campi magnetici inversa indotti dalle correnti di cortocircuito nello stato di guarnizione delle stelle. Dalla tendenza della corrente di avvolgimento, il picco di corrente supera i 1000 A al momento della sigillaggio delle stelle e si stabilizza dopo 6 cicli elettrici. Il tasso di smagnetizzazione nel software Maxwell rappresenta il rapporto tra magnetismo residuo dei magneti permanenti dopo l'esposizione a un campo demagnetizzante con il loro magnetismo residuo originale; Un valore di 1 indica nessuna demagnetizzazione e 0 indica una demagnetizzazione completa. Dalle curve di demagnetizzazione e mappe di contorno, il tasso di smagnetizzazione permanente del magnete è 1, senza alcuna demagnetizzazione osservata, confermando che la macchina di trazione simulata soddisfa i requisiti di affidabilità.

Figura 4: curva del dominio del tempo della corrente di avvolgimento sotto la tenuta di stelle a velocità nominale

Figura 5: curva del tasso di demagnetizzazione e mappa del contorno di demagnetizzazione dei magneti permanenti

Approfondimento e prospettiva

Attraverso la simulazione e la misurazione, la coppia di guarnizione delle stelle della macchina di trazione e il rischio di smagnetizzazione permanente del magnete possono essere efficacemente controllati, fornendo un forte supporto per l'ottimizzazione delle prestazioni e garantendo il funzionamento sicuro e la longevità della macchina di trazione. Questo documento non solo esplora il calcolo della coppia di guarnizione delle stelle e della demagnetizzazione nelle macchine per la trazione sincrono a magnete permanente, ma promuove anche fortemente il miglioramento della sicurezza dell'ascensore e l'ottimizzazione delle prestazioni. Non vediamo l'ora di far avanzare il progresso tecnologico e le scoperte innovative in questo campo attraverso la cooperazione e gli scambi interdisciplinari. Chiediamo inoltre a più ricercatori e professionisti a concentrarci su questo campo, contribuendo con saggezza e sforzi per migliorare le prestazioni delle macchine per la trazione sincrona permanenti di magneti e garantire il funzionamento sicuro degli elevatori.