Badania kalkulacji i zastosowania stałego magnesu synchroniczne maszyny trakcyjne

Tło

Silniki synchroniczne stałego magnesu (PMSM) są szeroko stosowane we współczesnym przemyśle i życiu codziennym ze względu na ich zalety wysokiej wydajności, oszczędności energii i niezawodności, co czyni je preferowanym sprzętem mocy w wielu dziedzinach. Synchroniczne maszyny trakcyjne na stałe, poprzez zaawansowane technologie kontrolne, zapewniają nie tylko płynny ruch podnoszenia, ale także osiągają precyzyjne ustawienie i ochrona bezpieczeństwa samochodu windy. Dzięki swojej doskonałej wydajności stały się kluczowymi komponentami w wielu systemach wind. Jednak wraz z ciągłym rozwojem technologii windy zwiększają się wymagania dotyczące wydajności dla synchronicznych maszyn trakcyjnych magnesów stałych, zwłaszcza zastosowania technologii „uchylających się w gwiazdę”, która stała się hotspotem badawczym.

Kwestie badawcze i znaczenie

Tradycyjna ocena momentu uchylającego gwiazdę w zsynchronicznych maszynach trakcyjnych magnesów stałych opiera się na obliczeniach teoretycznych i wyprowadzaniu z zmierzonych danych, które mają trudności z uwzględnieniem ultra-przenoszących procesów uchylenia gwiazdy i nieliniowości pól elektromagnetycznych, co powoduje niską wydajność i dokładność. Natychmiastowy duży prąd podczas ułaskawienia gwiazdy stanowi ryzyko nieodwracalnej demagnetyzacji magnesów stałych, co jest również trudne do oceny. Wraz z opracowaniem oprogramowania do analizy elementów skończonych (FEA) kwestie te zostały rozwiązane. Obecnie obliczenia teoretyczne są bardziej wykorzystywane do kierowania projektowaniem, a łączenie ich z analizą oprogramowania umożliwia szybszą i dokładniejszą analizę momentu uwięzienia gwiazdy. W niniejszym dokumencie jest synchroniczna maszyna trakcyjna stałego magnesu jako przykład przeprowadzenia analizy elementów skończonych jego warunków pracy. Badania te nie tylko pomagają wzbogacić system teoretyczny synchronicznych maszyn trakcyjnych magnesów stałych, ale także zapewniają silne wsparcie dla poprawy wydajności bezpieczeństwa windy i optymalizacji wydajności.

Zastosowanie analizy elementów skończonych w obliczeniach gwiezdnych

Aby zweryfikować dokładność wyników symulacji, wybrano maszynę trakcyjną z istniejącymi danymi testowymi, z prędkością znamionową 159 obr / min. Zmierzony moment obrotowy gwiazdy i prąd uzwojenia przy różnych prędkościach są następujące. Moment uchylający gwiazdę osiąga maksimum przy 12 obr / min.

Rysunek 1: Zmierzone dane uchylania gwiazdy

Następnie przeprowadzono analizę elementów skończonych, przy użyciu oprogramowania Maxwell. Po pierwsze, ustalono model geometryczny maszyny trakcyjnej i ustawiono odpowiednie właściwości materiału i warunki brzegowe. Następnie, poprzez rozwiązywanie równań pola elektromagnetycznego, uzyskano krzywe prądu w dziedzinie czasu, krzywych momentu obrotowe i stany demagnetyzacyjne stałych magnesów w różnych czasach. Weryfikowano spójność między wynikami symulacji a zmierzonymi danymi.

Ustanowienie modelu elementu skończonego maszyny trakcyjnej ma fundamentalne znaczenie dla analizy elektromagnetycznej i nie zostanie tutaj opracowane. Podkreślono, że ustawienia materialne silnika muszą być zgodne z faktycznym użyciem; Biorąc pod uwagę późniejszą analizę demagnetyzacji magnesów stałych, nieliniowe krzywe B-H muszą być stosowane w magnesach stałych. Niniejszy artykuł koncentruje się na tym, jak wdrożyć symulację uszczelniania gwiazd i demagnetyzację maszyny trakcyjnej w Maxwell. Ułapanie gwiazdy w oprogramowaniu jest realizowane przez obwód zewnętrzny, z konkretną konfiguracją obwodu pokazanego na poniższym rysunku. Trójfazowe uzwojenia stojana maszyny trakcyjnej są oznaczone jako lphasea/b/c w obwodzie. Aby zasymulować nagły zwarcie uchylania gwiazdy trójfazowych uzwojeń, moduł równoległy (złożony ze źródła prądu i przełącznika kontrolowanego prądem) jest połączony szeregowo z każdym obwodem uzwojenia fazowym. Początkowo przełącznik kontrolowany prąd jest otwarty, a źródło prądu trójfazowego dostarcza zasilanie do uzwojeń. W ustalonym czasie przełącznik kontrolowany prąd zamyka, zwracając trójfazowe źródło prądu i zwracając trójfazowe uzwojenia, wchodząc do stanu uszczelniającego gwiazdę zwarcia.

Rysunek 2: Projekt obwodu ulewania gwiazdy

Zmierzony maksymalny moment uchylający gwiazdę maszyny trakcyjnej odpowiada prędkości 12 obr / min. Podczas symulacji prędkości sparametryzowano jako 10 obr / min, 12 obr / min i 14 obr / min w celu wyrównania się z zmierzoną prędkością. Jeśli chodzi o czas zatrzymania symulacji, biorąc pod uwagę, że prądy uzwojenia stabilizują się szybciej przy niższych prędkościach, ustawiono tylko 2–3 cykle elektryczne. Od krzywych w dziedzinie wyników można ocenić, że obliczony moment obrotowy i prąd uzwojenia gwiazdy ustabilizowały się. Symulacja wykazała, że ​​moment uchylający gwiazdę w stanie ustalonym przy 12 obr / min był największy, przy 5885,3 nm, który był o 5,6% niższy niż wartość zmierzona. Zmierzony prąd uzwojenia wynosił 265,8 A, a symulowany prąd wynosił 251,8 A, przy wartości symulacji również o 5,6% niższą niż wartość zmierzona, spełniając wymagania dotyczące dokładności projektowania.

Rycina 3: Peak momentu obrotowego gwiazdy i prąd uzwojenia

Maszyny trakcyjne są krytycznym sprzętem specjalnym, a demagnetyzacja magnesu stałego jest jednym z kluczowych czynników wpływających na ich wydajność i niezawodność. Nieodwracalne demagnetyzacja przekraczająca standardy jest niedozwolone. W tym artykule oprogramowanie ANSYS Maxwell służy do symulacji charakterystyki demagnetyzacji magnesów stałych w odwrotnych polach magnetycznych indukowanych przez prądy zwarciowe w stanie uwięzienia gwiazdy. Z trendu prądu uzwojenia prądowy pik przekracza 1000 A w momencie uszczelnienia gwiazdy i stabilizuje się po 6 cyklach elektrycznych. Szybkość demagnetyzacji w oprogramowaniu Maxwell reprezentuje stosunek resztkowego magnetyzmu magnesów stałych po ekspozycji na pole zdemagnetyzujące na ich pierwotnym magnetyzmie resztkowym; Wartość 1 wskazuje na demagnetyzację, a 0 wskazuje na całkowitą demagnetyzację. Z krzywych demagnetyzacji i map konturowych szybkość demagnetyzacji magnesu stałego wynosi 1, bez zaobserwowania demagnetyzacji, co potwierdza, że ​​symulowana maszyna trakcyjna spełnia wymagania niezawodności.

Rycina 4: Krzywa w domenach czasowych prądu uzwojenia przy ułośle gwiazdy z prędkością znamionową

Rysunek 5: Krzywa szybkości demagnetyzacji i mapa konturu magnesów stałych

Pogłębianie i perspektywy

Zarówno poprzez symulację, jak i pomiar, moment uchylający gwiazdę maszyny trakcyjnej i ryzyko demagnetyzacji magnesu stałego mogą być skutecznie kontrolowane, zapewniając silne wsparcie dla optymalizacji wydajności oraz zapewnienie bezpiecznej eksploatacji i długowieczności maszyny trakcyjnej. W niniejszym dokumencie nie tylko bada obliczenie momentu uchylania gwiazdy i demagnetyzacji w synchronicznych maszynach trakcyjnych magnesów stałych, ale także silnie promuje poprawę bezpieczeństwa windy i optymalizacji wydajności. Z niecierpliwością oczekujemy postępu postępu technologicznego i innowacyjnych przełomów w tej dziedzinie poprzez interdyscyplinarną współpracę i wymianę. Wzywamy także więcej badaczy i praktyków do skupienia się na tej dziedzinie, przyczyniając się do mądrości i wysiłków w celu zwiększenia wydajności synchronicznych maszyn trakcyjnych magnetycznych i zapewnienia bezpiecznego działania wind.