Forskning i beregning af stjernestælling og anvendelse af permanent magnet synkrone trækkraftmaskiner

Baggrund

Permanent magnetsynkronmotorer (PMSM'er) er vidt brugt i moderne industri og dagligdag på grund af deres fordele ved høj effektivitet, energibesparelse og pålidelighed, hvilket gør dem til det foretrukne strømudstyr på adskillige områder. Permanente magnet -synkrone trækkraftmaskiner giver gennem avancerede kontrolteknologier ikke kun glat løftbevægelse, men opnår også præcis placering og sikkerhedsbeskyttelse af elevatorbilen. Med deres fremragende ydelse er de blevet nøglekomponenter i mange elevatorsystemer. Med den kontinuerlige udvikling af elevatorteknologi øges dog ydelseskravene til permanent magnet-synkrone trækkraftmaskiner, især anvendelsen af ​​"stjernestegning" -teknologi, som er blevet en forskningshotspot.

Forskningsspørgsmål og betydning

Traditionel evaluering af stjernesættende drejningsmoment i permanent magnet-synkrone trækkraftmaskiner er afhængig af teoretiske beregninger og afledning fra målte data, der kæmper for at redegøre for de ultra-transientprocesser med stjernesætning og ikke-linearitet af elektromagnetiske felter, hvilket resulterer i lav effektivitet og nøjagtighed. Den øjeblikkelige store strøm under stjerneforsegling udgør en risiko for irreversibel demagnetisering af permanente magneter, hvilket også er vanskeligt at evaluere. Med udviklingen af ​​Finite Element Analysis (FEA) -software er disse problemer blevet behandlet. I øjeblikket bruges teoretiske beregninger mere til at guide design, og kombination af dem med softwareanalyse muliggør hurtigere og mere nøjagtig analyse af stjernesættende drejningsmoment. Denne artikel tager en permanent magnetssynkron trækkraftmaskine som et eksempel til at udføre en endelig elementanalyse af dens stjernesættende driftsbetingelser. Disse undersøgelser hjælper ikke kun med at berige det teoretiske system med permanent magnetsynkrone trækkraftmaskiner, men giver også stærk støtte til forbedring af elevatorsikkerhedsydelse og optimering af ydelsen.

Anvendelse af begrænset elementanalyse i stjernestegningsberegninger

For at verificere nøjagtigheden af ​​simuleringsresultater blev en trækkraftmaskine med eksisterende testdata valgt med en nominel hastighed på 159 o / min. Det målte steady-state stjernestegningsmoment og viklingsstrøm i forskellige hastigheder er som følger. Stjernesættende drejningsmoment når sit maksimum ved 12 o / min.

Figur 1: Målte data om stjerneforsegling

Dernæst blev der udført en endelig elementanalyse af denne trækkraftmaskine ved hjælp af Maxwell -software. Først blev den geometriske model af trækkraftmaskinen etableret, og tilsvarende materialegenskaber og grænsevilkår blev indstillet. Ved at løse elektromagnetiske feltligninger blev der derefter opnået tidsdomænets strømkurver, drejningsmomentkurver og demagnetiseringstilstande for permanente magneter på forskellige tidspunkter. Konsistensen mellem simuleringsresultater og målte data blev verificeret.

Oprettelsen af ​​den endelige elementmodel for trækkraftmaskinen er grundlæggende for elektromagnetisk analyse og vil ikke blive uddybet her. Det understreges, at motorens materialeindstillinger skal være i overensstemmelse med faktisk brug; I betragtning af efterfølgende demagnetiseringsanalyse af permanente magneter skal ikke-lineære B-H-kurver bruges til permanente magneter. Denne artikel fokuserer på, hvordan man implementerer stjernestegning og demagnetiseringssimulering af trækkraftmaskinen i Maxwell. Stjernesætning i softwaren realiseres gennem et eksternt kredsløb med den specifikke kredsløbskonfiguration vist på figuren herunder. Tre-fase statorviklinger af trækkraftmaskinen betegnes som LPhasea/B/C i kredsløbet. For at simulere pludselig kortslutningsstjerneforsegling af de trefasede viklinger er et parallelt modul (sammensat af en strømkilde og en strømstyret switch) forbundet i serie med hvert fase snoede kredsløb. Oprindeligt er den strømstyrede switch åben, og den trefasede strømkilde leverer strøm til viklingerne. På et bestemt tidspunkt lukker den aktuelle kontrollerede switch, kortslutning af den trefasede strømkilde og kortslutning af trefaset viklinger, der går ind i kortslutningen Star-forseglingstilstand.

Figur 2: Stjernestegningskredsløbsdesign

Det målte maksimale stjernesættende drejningsmoment for trækkraftmaskinen svarer til en hastighed på 12 o / min. Under simulering blev hastigheder parameteriseret som 10 o / min, 12 o / min og 14 o / min for at justere med den målte hastighed. Med hensyn til simuleringsstoptid, i betragtning af at viklingsstrømme stabiliseres hurtigere ved lavere hastigheder, blev der kun indstillet 2-3 elektriske cyklusser. Fra tidsdomænekurverne for resultater kan det bedømmes, at det beregnede stjernesættende drejningsmoment og viklingsstrøm er stabiliseret. Simuleringen viste, at stjernestat-forseglingsmomentet ved 12 o / min var den største, ved 5885,3 nm, hvilket var 5,6% lavere end den målte værdi. Den målte viklingsstrøm var 265,8 A, og den simulerede strøm var 251,8 A, med simuleringsværdien også 5,6% lavere end den målte værdi og opfyldte designnøjagtighedskrav.

Figur 3: Peak Star-forseglingsmoment og viklingsstrøm

Traktionsmaskiner er sikkerhedskritisk specialudstyr, og permanent magnet-demagnetisering er en af ​​de vigtigste faktorer, der påvirker deres ydeevne og pålidelighed. Irreversibel demagnetisering, der overskrider standarder, er ikke tilladt. I dette dokument bruges ANSYS MAXWELL-software til at simulere demagnetiseringsegenskaberne for permanente magneter under omvendte magnetiske felter induceret af kortslutningsstrømme i stjernesættende tilstand. Fra den snoede aktuelle tendens overstiger den aktuelle top 1000 A i øjeblikket af stjerneforsegling og stabiliseres efter 6 elektriske cyklusser. Demagnetiseringshastigheden i Maxwell -software repræsenterer forholdet mellem resterende magnetisme af permanente magneter efter eksponering for et demagnetiseringsfelt til deres oprindelige resterende magnetisme; En værdi på 1 indikerer ingen demagnetisering, og 0 indikerer fuldstændig demagnetisering. Fra demagnetiseringskurverne og konturkortene er den permanente magnet -demagnetiseringshastighed 1, uden at demagnetisering observeres, hvilket bekræfter, at den simulerede trækkraft opfylder pålidelighedskravene.

Figur 4: Tidsdomænekurve for viklingsstrøm under stjernestegning med nominel hastighed

Figur 5: Demagnetiseringshastighedskurve og demagnetiseringskonturkort over permanente magneter

Uddybning og udsigter

Gennem både simulering og måling kan det stjernesættende drejningsmoment for trækkraftmaskinen og risikoen for permanent magnetdemagnetisering effektivt kontrolleres, hvilket giver stærk støtte til ydeevneoptimering og sikrer sikker drift og levetid for trækkraftmaskinen. Dette papir undersøger ikke kun beregningen af ​​stjernesættende drejningsmoment og demagnetisering i permanent magnet-synkrone trækkraftmaskiner, men fremmer også stærkt forbedringen af ​​elevatorsikkerhed og ydeevneoptimering. Vi ser frem til at fremme teknologiske fremskridt og innovative gennembrud på dette område gennem tværfagligt samarbejde og udvekslinger. Vi opfordrer også flere forskere og praktikere til at fokusere på dette felt, bidrage med visdom og bestræbelser på at forbedre ydelsen af ​​permanente magnet -synkrone trækkraftmaskiner og sikre sikker drift af elevatorer.