Pananaliksik sa Star-Sealing Calculation at Application ng Permanent Magnet Synchronous Traction Machines

Background

Ang Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSMs) ay malawakang ginagamit sa modernong industriya at pang-araw-araw na buhay dahil sa kanilang mga bentahe ng mataas na kahusayan, pagtitipid ng enerhiya, at pagiging maaasahan, na ginagawa silang mas pinipiling kagamitan sa kuryente sa maraming larangan. Ang mga permanenteng magnet na sabaysabay na traction machine, sa pamamagitan ng mga advanced na teknolohiya ng kontrol, ay hindi lamang nagbibigay ng maayos na paggalaw ng pag-angat ngunit nakakamit din ang tumpak na pagpoposisyon at proteksyon sa kaligtasan ng elevator car. Sa kanilang mahusay na pagganap, sila ay naging mga pangunahing bahagi sa maraming mga sistema ng elevator. Gayunpaman, sa patuloy na pag-unlad ng teknolohiya ng elevator, ang mga kinakailangan sa pagganap para sa permanenteng magnet na sabaysabay na traction machine ay tumataas, lalo na ang aplikasyon ng teknolohiyang "star-sealing", na naging isang research hotspot.

Mga Isyu at Kahalagahan ng Pananaliksik

Ang tradisyunal na pagsusuri ng star-sealing torque sa permanent magnet synchronous traction machine ay umaasa sa mga teoretikal na kalkulasyon at derivation mula sa sinusukat na data, na nagpupumilit na isaalang-alang ang mga ultra-transient na proseso ng star-sealing at ang nonlinearity ng mga electromagnetic field, na nagreresulta sa mababang kahusayan at katumpakan. Ang madalian na malaking kasalukuyang sa panahon ng star-sealing ay nagdudulot ng panganib ng hindi maibabalik na demagnetization ng mga permanenteng magnet, na mahirap ding suriin. Sa pagbuo ng software ng finite element analysis (FEA), ang mga isyung ito ay natugunan. Sa kasalukuyan, ang mga teoretikal na kalkulasyon ay mas ginagamit upang gabayan ang disenyo, at ang pagsasama-sama ng mga ito sa pagsusuri ng software ay nagbibigay-daan sa mas mabilis at mas tumpak na pagsusuri ng star-sealing torque. Ang papel na ito ay kumukuha ng permanenteng magnet na sabaysabay na traction machine bilang isang halimbawa upang magsagawa ng finite element analysis ng mga kondisyon ng pagpapatakbo ng star-sealing nito. Ang mga pag-aaral na ito ay hindi lamang nakakatulong na pagyamanin ang teoretikal na sistema ng permanenteng magnet na magkakasabay na traction machine ngunit nagbibigay din ng malakas na suporta para sa pagpapabuti ng pagganap ng kaligtasan ng elevator at pag-optimize ng pagganap.

Application ng Finite Element Analysis sa Star-Sealing Calculations

Upang i-verify ang katumpakan ng mga resulta ng simulation, pinili ang isang traction machine na may kasalukuyang data ng pagsubok, na may rate na bilis na 159 rpm. Ang sinusukat na steady-state star-sealing torque at winding current sa iba't ibang bilis ay ang mga sumusunod. Ang star-sealing torque ay umabot sa maximum nito sa 12 rpm.

Figure 1: Sinusukat na Data ng Star-Sealing

Susunod, isinagawa ang finite element analysis ng traction machine na ito gamit ang Maxwell software. Una, ang geometric na modelo ng makina ng traksyon ay itinatag, at ang mga kaukulang katangian ng materyal at mga kondisyon ng hangganan ay itinakda. Pagkatapos, sa pamamagitan ng paglutas ng mga electromagnetic field equation, nakuha ang mga kasalukuyang curve ng time-domain, torque curve, at demagnetization state ng mga permanenteng magnet sa iba't ibang oras. Na-verify ang pagkakapare-pareho sa pagitan ng mga resulta ng simulation at sinusukat na data.

Ang pagtatatag ng modelo ng finite element ng traction machine ay mahalaga sa electromagnetic analysis at hindi na idedetalye dito. Binibigyang-diin na ang mga materyal na setting ng motor ay dapat sumunod sa aktwal na paggamit; isinasaalang-alang ang kasunod na pagsusuri ng demagnetization ng mga permanenteng magnet, ang mga nonlinear na B-H curves ay dapat gamitin para sa mga permanenteng magnet. Nakatuon ang papel na ito sa kung paano ipatupad ang star-sealing at demagnetization simulation ng traction machine sa Maxwell. Ang star-sealing sa software ay naisasakatuparan sa pamamagitan ng panlabas na circuit, na may partikular na configuration ng circuit na ipinapakita sa figure sa ibaba. Ang three-phase stator windings ng traction machine ay tinutukoy bilang LPhaseA/B/C sa circuit. Upang gayahin ang biglaang short-circuit star-sealing ng three-phase windings, isang parallel module (binubuo ng kasalukuyang source at current-controlled switch) ay konektado sa serye sa bawat phase winding circuit. Sa una, ang kasalukuyang-kinokontrol na switch ay bukas, at ang tatlong-phase na kasalukuyang pinagmumulan ay nagbibigay ng kapangyarihan sa mga windings. Sa isang takdang oras, magsasara ang switch na kinokontrol ng kasalukuyang, pina-short-circuiting ang kasalukuyang pinagmumulan ng tatlong yugto at pinaikli ang mga paikot-ikot na tatlong yugto, na pumapasok sa estado ng short-circuit na star-sealing.

Figure 2: Star-Sealing Circuit Design

Ang sinusukat na maximum na star-sealing torque ng traction machine ay tumutugma sa bilis na 12 rpm. Sa panahon ng simulation, ang mga bilis ay na-parameter bilang 10 rpm, 12 rpm, at 14 rpm upang ihanay sa sinusukat na bilis. Tungkol sa simulation stop time, kung isasaalang-alang na ang paikot-ikot na mga alon ay nagpapatatag nang mas mabilis sa mas mababang bilis, 2-3 mga electrical cycle lamang ang naitakda. Mula sa mga curve ng time-domain ng mga resulta, mahuhusgahan na ang kinakalkula na star-sealing torque at winding current ay nagpatatag. Ipinakita ng simulation na ang steady-state star-sealing torque sa 12 rpm ang pinakamalaki, sa 5885.3 Nm, na 5.6% na mas mababa kaysa sa sinusukat na halaga. Ang sinusukat na winding current ay 265.8 A, at ang simulate current ay 251.8 A, na may simulation value din na 5.6% na mas mababa kaysa sa sinusukat na halaga, na nakakatugon sa mga kinakailangan sa katumpakan ng disenyo.

Figure 3: Peak Star-Sealing Torque at Winding Current

Ang mga makina ng traksyon ay mga espesyal na kagamitan na kritikal sa kaligtasan, at ang permanenteng demagnetization ng magnet ay isa sa mga pangunahing salik na nakakaapekto sa kanilang pagganap at pagiging maaasahan. Ang hindi maibabalik na demagnetization na lumalampas sa mga pamantayan ay hindi pinapayagan. Sa papel na ito, ang Ansys Maxwell software ay ginagamit upang gayahin ang mga katangian ng demagnetization ng mga permanenteng magnet sa ilalim ng mga reverse magnetic field na dulot ng mga short-circuit na alon sa estado ng star-sealing. Mula sa paikot-ikot na kasalukuyang trend, ang kasalukuyang peak ay lumampas sa 1000 A sa sandali ng star-sealing at nagpapatatag pagkatapos ng 6 na electrical cycle. Ang demagnetization rate sa Maxwell software ay kumakatawan sa ratio ng natitirang magnetism ng mga permanenteng magnet pagkatapos ng exposure sa isang demagnetizing field sa kanilang orihinal na natitirang magnetism; ang halaga ng 1 ay nagpapahiwatig ng walang demagnetization, at ang 0 ay nagpapahiwatig ng kumpletong demagnetization. Mula sa mga demagnetization curves at contour na mapa, ang permanenteng magnet demagnetization rate ay 1, na walang naobserbahang demagnetization, na nagpapatunay na ang simulate traction machine ay nakakatugon sa mga kinakailangan sa pagiging maaasahan.

Figure 4: Time-Domain Curve ng Winding Current sa ilalim ng Star-Sealing sa Rated Speed

Figure 5: Demagnetization Rate Curve at Demagnetization Contour Map ng Permanent Magnets

Pagpapalalim at Outlook

Sa pamamagitan ng parehong simulation at pagsukat, ang star-sealing torque ng traction machine at ang panganib ng permanenteng magnet demagnetization ay mabisang makokontrol, na nagbibigay ng malakas na suporta para sa performance optimization at tinitiyak ang ligtas na operasyon at mahabang buhay ng traction machine. Ang papel na ito ay hindi lamang nagsasaliksik sa pagkalkula ng star-sealing torque at demagnetization sa permanenteng magnet na sabaysabay na traction machine ngunit malakas ding itinataguyod ang pagpapabuti ng kaligtasan ng elevator at pag-optimize ng pagganap. Inaasahan namin ang pagsulong ng teknolohikal na pag-unlad at mga makabagong tagumpay sa larangang ito sa pamamagitan ng interdisciplinary na kooperasyon at pagpapalitan. Nananawagan din kami sa higit pang mga mananaliksik at practitioner na tumuon sa larangang ito, na nag-aambag ng karunungan at pagsisikap na pahusayin ang pagganap ng mga permanenteng magnet na sabaysabay na traction machine at tinitiyak ang ligtas na operasyon ng mga elevator.