Nghiên cứu về tính toán và ứng dụng máy kéo đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Lý lịch

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại và cuộc sống hàng ngày do lợi thế của chúng là hiệu quả cao, tiết kiệm năng lượng và độ tin cậy, khiến chúng trở thành thiết bị năng lượng ưa thích trong nhiều lĩnh vực. Các máy kéo đồng bộ nam châm vĩnh cửu, thông qua các công nghệ điều khiển tiên tiến, không chỉ cung cấp chuyển động nâng trơn tru mà còn đạt được định vị chính xác và bảo vệ an toàn của xe thang máy. Với hiệu suất tuyệt vời của họ, chúng đã trở thành các thành phần chính trong nhiều hệ thống thang máy. Tuy nhiên, với sự phát triển liên tục của công nghệ thang máy, các yêu cầu về hiệu suất đối với các máy kéo đồng bộ nam châm vĩnh cửu đang tăng lên, đặc biệt là ứng dụng của công nghệ "niêm phong sao", đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu.

Các vấn đề nghiên cứu và ý nghĩa

Đánh giá truyền thống về mô-men xoắn sao trong các máy kéo đồng bộ nam châm vĩnh cửu phụ thuộc vào các tính toán lý thuyết và dẫn xuất từ ​​dữ liệu đo được, đấu tranh để giải thích cho các quá trình cực kỳ truyền thống của việc niêm phong sao và tính phi tuyến tính của các trường điện từ, dẫn đến hiệu quả thấp. Dòng điện lớn tức thời trong quá trình niêm phong sao có nguy cơ phá hủy không thể đảo ngược của nam châm vĩnh cửu, cũng rất khó để đánh giá. Với sự phát triển của phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEA), những vấn đề này đã được giải quyết. Hiện tại, các tính toán lý thuyết được sử dụng nhiều hơn để hướng dẫn thiết kế và kết hợp chúng với phân tích phần mềm cho phép phân tích nhanh hơn và chính xác hơn về mô-men xoắn STARE. Bài viết này lấy một máy kéo đồng bộ nam châm vĩnh cửu làm ví dụ để tiến hành phân tích phần tử hữu hạn về các điều kiện hoạt động của Sao. Những nghiên cứu này không chỉ giúp làm phong phú thêm hệ thống lý thuyết của các máy kéo đồng bộ nam châm vĩnh cửu mà còn cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ để cải thiện hiệu suất an toàn của thang máy và tối ưu hóa hiệu suất.

Áp dụng phân tích phần tử hữu hạn trong tính toán STARE SEAL

Để xác minh độ chính xác của kết quả mô phỏng, một máy kéo có dữ liệu thử nghiệm hiện tại đã được chọn, với tốc độ định mức là 159 vòng / phút. Mô-men xoắn sao trạng thái ổn định được đo và dòng điện cuộn ở các tốc độ khác nhau như sau. Mô-men xoắn ngôi sao đạt tối đa ở mức 12 vòng / phút.

Hình 1: Dữ liệu đo lường của Sao Hiệu Sao

Tiếp theo, phân tích phần tử hữu hạn của máy kéo này được thực hiện bằng phần mềm Maxwell. Đầu tiên, mô hình hình học của máy kéo được thiết lập, và các thuộc tính vật liệu và điều kiện biên tương ứng đã được đặt. Sau đó, bằng cách giải các phương trình trường điện từ, các đường cong hiện tại miền thời gian, đường cong mô-men xoắn và trạng thái khử từ của nam châm vĩnh cửu tại các thời điểm khác nhau đã thu được. Tính nhất quán giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu đo được đã được xác minh.

Việc thiết lập mô hình phần tử hữu hạn của máy kéo là cơ bản để phân tích điện từ và sẽ không được xây dựng ở đây. Người ta nhấn mạnh rằng các cài đặt vật liệu của động cơ phải phù hợp với việc sử dụng thực tế; Xem xét phân tích khử từ tiếp theo của nam châm vĩnh cửu, các đường cong B-H phi tuyến phải được sử dụng cho nam châm vĩnh cửu. Bài viết này tập trung vào cách thực hiện mô phỏng STARE và mô phỏng khử từ của máy kéo ở Maxwell. Việc niêm phong sao trong phần mềm được thực hiện thông qua một mạch bên ngoài, với cấu hình mạch cụ thể được hiển thị trong hình bên dưới. Các cuộn dây stator ba pha của máy kéo được ký hiệu là LPHASEA/B/C trong mạch. Để mô phỏng việc niêm phong sao ngắn mạch đột ngột của các cuộn dây ba pha, một mô-đun song song (bao gồm một nguồn hiện tại và một công tắc được điều khiển hiện tại) được kết nối nối tiếp với mỗi mạch cuộn pha. Ban đầu, công tắc được điều khiển hiện tại được mở và nguồn hiện tại ba pha cung cấp năng lượng cho các cuộn dây. Tại một thời điểm đã đặt, công tắc được điều khiển hiện tại đóng, ngắn mạch nguồn hiện tại ba pha và rút ngắn các cuộn dây ba pha, đi vào trạng thái ngao sao ngắn.

Hình 2: Thiết kế mạch đóng băng sao

Mô-men xoắn ngôi sao tối đa đo được của máy kéo tương ứng với tốc độ 12 vòng / phút. Trong quá trình mô phỏng, tốc độ được tham số hóa là 10 vòng / phút, 12 vòng / phút và 14 vòng / phút để phù hợp với tốc độ đo được. Liên quan đến thời gian dừng mô phỏng, xem xét rằng các dòng cuộn dây ổn định nhanh hơn ở tốc độ thấp hơn, chỉ có 2 chu kỳ điện được đặt. Từ các đường cong kết quả của miền thời gian, có thể đánh giá rằng mô-men xoắn sao được tính toán và dòng điện cuộn dây đã ổn định. Mô phỏng cho thấy mô-men xoắn sao trạng thái ổn định ở mức 12 vòng / phút là lớn nhất, ở 5885,3nm, thấp hơn 5,6% so với giá trị đo được. Dòng điện cuộn đo được là 265,8 A và dòng mô phỏng là 251,8 A, với giá trị mô phỏng cũng thấp hơn 5,6% so với giá trị đo được, đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác của thiết kế.

Hình 3: Mô-men xoắn ngôi sao cao điểm và dòng điện cuộn dây

Máy kéo là thiết bị đặc biệt quan trọng về an toàn và khử từ nam châm vĩnh cửu là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của chúng. Không được phép khử từ các tiêu chuẩn vượt quá tiêu chuẩn. Trong bài báo này, phần mềm ANSYS Maxwell được sử dụng để mô phỏng các đặc tính khử từ của nam châm vĩnh cửu dưới các từ trường đảo ngược gây ra bởi các dòng điện ngắn mạch ở trạng thái niêm phong sao. Từ xu hướng hiện tại cuộn dây, đỉnh hiện tại vượt quá 1000 A tại thời điểm niêm phong sao và ổn định sau 6 chu kỳ điện. Tỷ lệ khử từ trong phần mềm Maxwell thể hiện tỷ lệ từ tính còn lại của nam châm vĩnh cửu sau khi tiếp xúc với trường khử từ với từ tính còn lại ban đầu của chúng; Giá trị của 1 chỉ ra không khử từ và 0 chỉ ra việc khử từ hoàn toàn. Từ các đường cong khử từ và bản đồ đường viền, tốc độ khử từ nam châm vĩnh cửu là 1, không quan sát thấy quá trình khử từ, xác nhận rằng máy kéo mô phỏng đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy.

Hình 4: Đường cong tên miền thời gian của dòng điện cuộn dây dưới sự niêm phong sao ở tốc độ định mức

Hình 5: Đường cong tốc độ khử hóa và bản đồ đường viền khử từ của nam châm vĩnh cửu

Đào sâu và triển vọng

Thông qua cả mô phỏng và đo lường, mô-men xoắn STAR của máy kéo và nguy cơ khử từ xa vĩnh viễn có thể được kiểm soát một cách hiệu quả, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo hoạt động an toàn và tuổi thọ của máy kéo. Bài viết này không chỉ khám phá việc tính toán mô-men xoắn và khử từ sao trong các máy kéo đồng bộ nam châm vĩnh cửu mà còn thúc đẩy mạnh mẽ việc cải thiện tối ưu hóa hiệu suất và an toàn thang máy. Chúng tôi mong muốn thúc đẩy tiến bộ công nghệ và những đột phá sáng tạo trong lĩnh vực này thông qua hợp tác và trao đổi liên ngành. Chúng tôi cũng kêu gọi nhiều nhà nghiên cứu và thực hành tập trung vào lĩnh vực này, đóng góp trí tuệ và nỗ lực tăng cường hiệu suất của các máy kéo đồng bộ nam châm vĩnh cửu và đảm bảo hoạt động an toàn của thang máy.