Pesquisa sobre cálculo de vedação por estrelas e aplicação de máquinas de tração síncrona de ímã permanente

Fundo

Os motores síncronos de ímã permanente (PMSMs) são amplamente utilizados na indústria moderna e na vida cotidiana devido às suas vantagens de alta eficiência, economia de energia e confiabilidade, tornando -as o equipamento de energia preferido em vários campos. Máquinas de tração síncrona de ímã permanente, por meio de tecnologias de controle avançado, não apenas fornecem movimento de elevação suave, mas também alcançam o posicionamento preciso e a proteção de segurança do carro do elevador. Com seu excelente desempenho, eles se tornaram componentes -chave em muitos sistemas de elevadores. No entanto, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de elevadores, os requisitos de desempenho para máquinas de tração síncrona de ímã permanente estão aumentando, especialmente a aplicação da tecnologia de "vedação por estrelas", que se tornou um ponto de pesquisa de pesquisa.

Questões de pesquisa e significado

A avaliação tradicional do torque de vedação por estrelas em máquinas de tração síncrona de ímã permanente depende de cálculos teóricos e derivação de dados medidos, que lutam para explicar os processos ultra-transitórios de vedação por estrelas e a não linearidade dos campos eletromagnéticos, resultando em baixa eficiência e precisão. A grande corrente instantânea durante a seleção de estrelas representa um risco de desmagnetização irreversível de ímãs permanentes, o que também é difícil de avaliar. Com o desenvolvimento do software de análise de elementos finitos (FEA), esses problemas foram abordados. Atualmente, os cálculos teóricos são mais usados ​​para orientar o design, e combiná-los com análise de software permite uma análise mais rápida e precisa do torque de vedação por estrelas. Este artigo leva uma máquina de tração síncrona permanente como exemplo para conduzir a análise de elementos finitos de suas condições de operação de vedação por estrelas. Esses estudos não apenas ajudam a enriquecer o sistema teórico de máquinas de tração síncrona de ímã permanente, mas também fornecem forte suporte para melhorar o desempenho da segurança do elevador e otimizar o desempenho.

Aplicação de análise de elementos finitos em cálculos de seleção de estrelas

Para verificar a precisão dos resultados da simulação, uma máquina de tração com dados de teste existente foi selecionada, com uma velocidade nominal de 159 rpm. O torque de vedação de estrelas de estado estacionário medido e a corrente de enrolamento em velocidades diferentes são as seguintes. O torque de vedação de estrelas atinge seu máximo a 12 rpm.

Figura 1: Dados medidos de seleção de estrelas

Em seguida, a análise de elementos finitos dessa máquina de tração foi realizada usando o software Maxwell. Primeiro, o modelo geométrico da máquina de tração foi estabelecido e as propriedades do material correspondentes e as condições de contorno foram definidas. Então, ao resolver equações de campo eletromagnético, foram obtidas as curvas de corrente no domínio do tempo, curvas de torque e estados de desmagnetização de ímãs permanentes em diferentes momentos. A consistência entre os resultados da simulação e os dados medidos foi verificada.

O estabelecimento do modelo de elementos finitos da máquina de tração é fundamental para a análise eletromagnética e não será elaborado aqui. É enfatizado que as configurações materiais do motor devem estar em conformidade com o uso real; Considerando a análise subsequente de desmagnetização de ímãs permanentes, as curvas B-H não lineares devem ser usadas para ímãs permanentes. Este artigo se concentra em como implementar a simulação de seleção de estrelas e desmagnetização da máquina de tração em Maxwell. A seleção de estrelas no software é realizada através de um circuito externo, com a configuração específica do circuito mostrada na figura abaixo. Os enrolamentos do estator trifásico da máquina de tração são indicados como Lphasea/B/C no circuito. Para simular a vedação de estrela de curto-circuito súbita dos enrolamentos trifásicos, um módulo paralelo (composto por uma fonte de corrente e um interruptor controlado por corrente) é conectado em série com cada circuito de enrolamento de fase. Inicialmente, o interruptor controlado por corrente está aberto e a fonte de corrente trifásica fornece energia aos enrolamentos. Em um horário definido, o interruptor controlado por corrente se fecha, curto-circuito a fonte de corrente trifásica e curta os enrolamentos trifásicos, entrando no estado de vedação de estrelas de curto-circuito.

Figura 2: Projeto de circuito de selação de estrelas

O torque máximo de vedação de estrela medido da máquina de tração corresponde a uma velocidade de 12 rpm. Durante a simulação, as velocidades foram parametrizadas como 10 rpm, 12 rpm e 14 rpm para se alinhar com a velocidade medida. Em relação ao tempo de parada da simulação, considerando que as correntes de enrolamento se estabilizam mais rapidamente em velocidades mais baixas, apenas 2 a 3 ciclos elétricos foram definidos. A partir das curvas no domínio do tempo dos resultados, pode-se julgar que o torque de vedação de estrelas calculado e a corrente de enrolamento se estabilizaram. A simulação mostrou que o torque de vedação de estrelas em estado estacionário a 12 rpm era o maior, a 5885,3 nm, que foi 5,6% menor que o valor medido. A corrente de enrolamento medida era 265,8 A, e a corrente simulada foi de 251,8 A, com o valor da simulação também 5,6% menor que o valor medido, atendendo aos requisitos de precisão do projeto.

Figura 3: pico de torque de vedação por estrela e corrente de enrolamento

As máquinas de tração são equipamentos especiais críticos à segurança e a desmagnetização permanente do ímã é um dos principais fatores que afetam seu desempenho e confiabilidade. A desmagnetização irreversível que excede os padrões não é permitida. Neste artigo, o software ANSYS MAXWELL é usado para simular as características de desmagnetização de ímãs permanentes em campos magnéticos reversos induzidos por correntes de curto-circuito no estado de selagem estrela. A partir da tendência da corrente de enrolamento, o pico atual excede 1000 A no momento da selagem de estrelas e se estabiliza após 6 ciclos elétricos. A taxa de desmagnetização no software Maxwell representa a proporção de magnetismo residual de ímãs permanentes após a exposição a um campo desmagnetizante para seu magnetismo residual original; Um valor de 1 indica não desmagnetização e 0 indica desmagnetização completa. A partir das curvas de desmagnetização e mapas de contorno, a taxa de desmagnetização do ímã permanente é 1, sem desmagnetização observada, confirmando que a máquina de tração simulada atende aos requisitos de confiabilidade.

Figura 4: Curva no domínio do tempo da corrente de enrolamento sob vedação de estrelas na velocidade nominal

Figura 5: Curva da taxa de desmagnetização e mapa de contorno de desmagnetização de ímãs permanentes

Aprofundando e perspectiva

Através da simulação e da medição, o torque de vedação por estrela da máquina de tração e o risco de desmagnetização permanente do ímã pode ser efetivamente controlado, fornecendo forte suporte para otimização de desempenho e garantindo operação e a longevidade seguras da máquina de tração. Este artigo não apenas explora o cálculo de torque e desmagnetização de vedação por estrelas em máquinas de tração síncrona de ímã permanente, mas também promove fortemente a melhoria da segurança do elevador e da otimização do desempenho. Estamos ansiosos para avançar o progresso tecnológico e os avanços inovadores nesse campo por meio de cooperação e trocas interdisciplinares. Também convidamos mais pesquisadores e profissionais que se concentrem nesse campo, contribuindo com a sabedoria e os esforços para melhorar o desempenho de máquinas de tração síncrona de ímã permanente e garantir a operação segura dos elevadores.