Állandó mágneses szinkron vontatási gépek csillagtömítés számítása és alkalmazása

Háttér

A permanens mágneses szinkronmotorokat (PMSM) széles körben használják a modern iparban és a mindennapi életben a nagy hatásfok, az energiatakarékosság és a megbízhatóság előnyeinek köszönhetően, így számos területen előnyben részesített teljesítmény-berendezések. Az állandó mágneses szinkron vontatási gépek a fejlett vezérlési technológián keresztül nemcsak egyenletes emelési mozgást biztosítanak, hanem a felvonófülke pontos pozícionálását és biztonsági védelmét is biztosítják. Kiváló teljesítményükkel számos felvonórendszer kulcselemeivé váltak. A felvonótechnika folyamatos fejlődésével azonban az állandó mágneses szinkron vontatási gépekkel szemben támasztott teljesítményigények nőnek, különösen a kutatási gócponttá vált "csillagtömítés" technológia alkalmazása.

Kutatási kérdések és jelentősége

Az állandó mágneses szinkron vontatási gépek csillagzárási nyomatékának hagyományos értékelése elméleti számításokon és mért adatokból való származtatáson alapul, amelyek nehezen tudják figyelembe venni a csillagzáródás ultratranziens folyamatait és az elektromágneses terek nemlinearitását, ami alacsony hatékonyságot és pontosságot eredményez. A csillagzárás során fellépő pillanatnyi nagy áram az állandó mágnesek visszafordíthatatlan lemágnesezésének veszélyét hordozza magában, amit szintén nehéz értékelni. A végeselem-elemző (FEA) szoftver fejlesztésével ezek a problémák megoldódtak. Jelenleg az elméleti számításokat inkább a tervezés irányítására használják, ezek szoftverelemzéssel való kombinálása pedig a csillagtömítési nyomaték gyorsabb és pontosabb elemzését teszi lehetővé. Ez a cikk egy állandó mágneses szinkron vontatógépet vesz példaként a csillagtömítés működési feltételeinek végeselemes elemzésére. Ezek a tanulmányok nemcsak az állandó mágneses szinkron vontatási gépek elméleti rendszerének gazdagításában segítenek, hanem erős támogatást nyújtanak a felvonók biztonsági teljesítményének javításához és a teljesítmény optimalizálásához.

A végeselem-elemzés alkalmazása csillagpecsételési számításokban

A szimulációs eredmények pontosságának ellenőrzésére egy 159 ford./perc névleges fordulatszámú vontatógépet választottak ki a meglévő vizsgálati adatokkal. A mért állandósult állapotú csillagtömítési nyomaték és a tekercsáram különböző sebességeknél a következő. A csillagzáró nyomaték 12 ford./percnél éri el a maximumát.

1. ábra: A csillagzáródás mért adatai

Ezt követően ennek a vontatógépnek a végeselemes elemzését végezték el Maxwell szoftverrel. Először elkészítették a vontatógép geometriai modelljét, és meghatározták a megfelelő anyagtulajdonságokat és peremfeltételeket. Ezután elektromágneses téregyenletek megoldásával megkaptuk az állandó mágnesek különböző időpontokban érvényes időtartományáram-görbéit, nyomatékgörbéit és lemágnesezési állapotait. Ellenőriztük a szimulációs eredmények és a mért adatok közötti összhangot.

A vontatógép végeselemes modelljének felállítása alapvető fontosságú az elektromágneses elemzés szempontjából, és itt nem térünk ki rá. Hangsúlyozni kell, hogy a motor anyagbeállításainak meg kell felelniük a tényleges használatnak; figyelembe véve az állandó mágnesek későbbi lemágnesezési analízisét, nemlineáris B-H görbéket kell használni az állandó mágneseknél. Ez a cikk arra összpontosít, hogyan lehet megvalósítani a maxwelli vontatógép csillagzárási és lemágnesezési szimulációját. A szoftverben a csillagzárás külső áramkörön keresztül valósul meg, az alábbi ábrán látható speciális áramkör-konfigurációval. A vontatógép háromfázisú állórész tekercseit LPhaseA/B/C-ként jelöljük az áramkörben. A háromfázisú tekercsek hirtelen rövidzárlatos csillagzárásának szimulálására egy párhuzamos modul (amely egy áramforrásból és egy áramvezérelt kapcsolóból áll) sorba van kötve minden fázistekercs áramkörrel. Kezdetben az áramvezérelt kapcsoló nyitva van, és a háromfázisú áramforrás táplálja a tekercseket. Egy beállított időpontban az áramvezérelt kapcsoló zár, rövidre zárja a háromfázisú áramforrást és rövidre zárja a háromfázisú tekercseket, így rövidzárlati csillagzárás állapotba kerül.

2. ábra: Csillagtömítő áramkör kialakítása

A vontatógép mért maximális csillagtömítési nyomatéka 12 ford./perc fordulatszámnak felel meg. A szimuláció során a fordulatszámokat 10 rpm, 12 rpm és 14 rpm értékre paramétereztük, hogy igazodjanak a mért fordulatszámhoz. A szimuláció leállási idejét illetően, tekintettel arra, hogy a tekercsáramok gyorsabban stabilizálódnak kisebb sebességeknél, mindössze 2-3 elektromos ciklust állítottunk be. Az eredmények időtartománybeli görbéiből megállapítható, hogy a számított csillagtömítési nyomaték és a tekercsáram stabilizálódott. A szimuláció azt mutatta, hogy az állandósult állapotú csillagzárási nyomaték 12 ford/percnél volt a legnagyobb, 5885,3 Nm, ami 5,6%-kal volt alacsonyabb a mért értéknél. A mért tekercsáram 265,8 A, a szimulált áram 251,8 A volt, a szimulációs érték szintén 5,6%-kal alacsonyabb a mért értéknél, megfelelve a tervezési pontossági követelményeknek.

3. ábra: Csúcscsillagzárási nyomaték és tekercselési áram

A vontatógépek biztonsági szempontból kritikus speciális berendezések, és az állandó mágneses lemágnesezés az egyik kulcsfontosságú tényező, amely befolyásolja teljesítményüket és megbízhatóságukat. A szabványokat meghaladó visszafordíthatatlan lemágnesezés nem megengedett. Ebben a cikkben az Ansys Maxwell szoftvert használják az állandó mágnesek lemágnesezési jellemzőinek szimulálására fordított mágneses mezők hatására, amelyeket csillagzárási állapotú zárlati áramok indukálnak. A tekercselési áramtrend alapján az áramcsúcs a csillagzárás pillanatában meghaladja az 1000 A-t, és 6 elektromos ciklus után stabilizálódik. A Maxwell szoftver lemágnesezési aránya az állandó mágnesek lemágnesező térrel való kitettség utáni maradék mágnesességének és az eredeti maradék mágnesesség arányát jelenti; az 1-es érték azt jelenti, hogy nincs lemágnesezés, a 0 pedig a teljes lemágnesezést. A lemágnesezési görbék és a kontúrtérképek alapján az állandó mágnes lemágnesezési aránya 1, de lemágnesezés nem figyelhető meg, ami megerősíti, hogy a szimulált vonógép megfelel a megbízhatósági követelményeknek.

4. ábra: Csillagzárás névleges sebesség melletti tekercselési áram idő-domain görbéje

5. ábra: Az állandó mágnesek lemágnesezési sebességi görbéje és lemágnesezési kontúrtérképe

Az elmélyülés és az Outlook

Mind szimuláción, mind mérésen keresztül hatékonyan szabályozható a vontatógép csillagzárási nyomatéka és az állandó mágnes lemágnesezésének kockázata, ami erőteljesen támogatja a teljesítmény optimalizálását, és biztosítja a vontatógép biztonságos működését és hosszú élettartamát. Ez a cikk nemcsak az állandó mágneses szinkron vontatási gépek csillagzárási nyomatékának és lemágnesezésének kiszámítását vizsgálja, hanem erőteljesen támogatja a felvonók biztonságának és teljesítményoptimalizálásának javítását is. Bízunk benne, hogy az interdiszciplináris együttműködés és csereprogramok révén előmozdítjuk a technológiai fejlődést és az innovatív áttöréseket ezen a területen. Több kutatót és gyakorlati szakembert is felszólítunk, hogy összpontosítson erre a területre, bölcsességgel és erőfeszítésekkel járuljon hozzá az állandó mágneses szinkron vontatógépek teljesítményének javításához és a felvonók biztonságos működésének biztosításához.