Recherche sur le calcul et l'application des machines de traction synchrones de l'aimant permanent

Arrière-plan

Les moteurs synchrones permanents (PMSM) sont largement utilisés dans l'industrie moderne et la vie quotidienne en raison de leurs avantages de grande efficacité, d'économie d'énergie et de fiabilité, ce qui en fait l'équipement électrique préféré dans de nombreux domaines. Les machines de traction synchrones aimant permanentes, par le biais de technologies de contrôle avancées, fournissent non seulement un mouvement de levage en douceur mais obtiennent également un positionnement précis et une protection contre la sécurité de l'ascenseur. Avec leurs excellentes performances, ils sont devenus des composants clés dans de nombreux systèmes d'ascenseurs. Cependant, avec le développement continu de la technologie des ascenseurs, les exigences de performance pour les machines de traction synchrones aimant permanentes augmentent, en particulier l'application de la technologie de "star-scellant", qui est devenue un hotspot de recherche.

Problèmes de recherche et signification

L'évaluation traditionnelle du couple d'étoile-scellant dans les machines de traction synchrones aimant permanentes s'appuie sur des calculs théoriques et la dérivation à partir de données mesurées, qui luttent pour tenir compte des processus ultra-transitoires de scellant étoilé et de non-linéarité des champs électromagnétiques, résultant en faible efficacité et accuralité. Le courant important instantané pendant le sceau d'étoile présente un risque de démagnétisation irréversible d'aimants permanents, qui est également difficile à évaluer. Avec le développement de logiciels d'analyse par éléments finis (FEA), ces problèmes ont été résolus. Actuellement, les calculs théoriques sont davantage utilisés pour guider la conception, et les combiner avec l'analyse logicielle permet une analyse plus rapide et plus précise du couple d'étoile. Cet article prend une machine de traction synchrone aimant permanente comme exemple pour effectuer une analyse par éléments finis de ses conditions de fonctionnement de l'étoile. Ces études aident non seulement à enrichir le système théorique des machines de traction synchrones aimant permanentes, mais fournissent également un fort soutien pour améliorer les performances de sécurité des ascenseurs et optimiser les performances.

Application de l'analyse des éléments finis dans les calculs de sceau d'étoiles

Pour vérifier la précision des résultats de simulation, une machine de traction avec des données de test existantes a été sélectionnée, avec une vitesse nominale de 159 tr / min. Le couple de scellement étoilé en régime permanent mesuré et le courant d'enroulement à différentes vitesses sont les suivants. Le couple étoilé-scellant atteint son maximum à 12 tr / min.

Figure 1: Données mesurées de l'étoile-sceau

Ensuite, une analyse par éléments finis de cette machine de traction a été réalisée à l'aide d'un logiciel Maxwell. Premièrement, le modèle géométrique de la machine de traction a été établi, et les propriétés de matériaux et les conditions aux limites correspondantes ont été définies. Ensuite, en résolvant les équations de champ électromagnétique, les courbes de courant du domaine temporel, les courbes de couple et les états de démagnétisation d'aimants permanents à différents moments ont été obtenus. La cohérence entre les résultats de la simulation et les données mesurées a été vérifiée.

L'établissement du modèle d'éléments finis de la machine de traction est fondamental pour l'analyse électromagnétique et ne sera pas élaboré ici. Il est souligné que les réglages matériels du moteur doivent être conformes à l'utilisation réelle; Compte tenu de l'analyse de démagnétisation ultérieure des aimants permanents, les courbes B-H non linéaires doivent être utilisées pour les aimants permanents. Cet article se concentre sur la façon de mettre en œuvre la simulation de scellement étoile et de démagnétisation de la machine de traction dans Maxwell. La star-scellant dans le logiciel est réalisée via un circuit externe, avec la configuration du circuit spécifique illustré dans la figure ci-dessous. Les enroulements stators triphasés de la machine de traction sont désignés comme LPHASEA / B / C dans le circuit. Pour simuler une étoile soudaine en court-circuit des enroulements en trois phases, un module parallèle (composé d'une source de courant et d'un interrupteur contrôlé par le courant) est connecté en série avec chaque circuit d'enroulement de phase. Initialement, l'interrupteur à contrôle actuel est ouvert et la source de courant triphasée alimente les enroulements. À un moment défini, le commutateur contrôlé par le courant se ferme, court-circuiter la source de courant triphasée et court-circuiter les enroulements triphasés, entrant dans l'état d'étoile de court-circuit.

Figure 2: Conception du circuit d'étoile

Le couple maximal mesuré de sceau d'étoile de la machine de traction correspond à une vitesse de 12 tr / min. Pendant la simulation, les vitesses ont été paramétrées à 10 tr / min, 12 tr / min et 14 tr / min pour s'aligner avec la vitesse mesurée. En ce qui concerne le temps d'arrêt de simulation, étant donné que les courants de bobinage se stabilisent plus rapidement à des vitesses inférieures, seuls 2 à 3 cycles électriques ont été définis. À partir des courbes de résultats du domaine temporel, il peut être jugé que le couple de sceau d'étoile calculé et le courant d'enroulement se sont stabilisés. La simulation a montré que le couple d'étoile à l'état d'équilibre à 12 tr / min était le plus grand, à 5885,3 nm, soit 5,6% inférieur à la valeur mesurée. Le courant d'enroulement mesuré était de 265,8 A et le courant simulé était de 251,8 A, la valeur de simulation également 5,6% inférieure à la valeur mesurée, répondant aux exigences de précision de conception.

Figure 3: Couple de sceau d'étoile maximal et courant d'enroulement

Les machines de traction sont des équipements spéciaux critiques de sécurité et la démagnétisation permanente de l'aimant est l'un des facteurs clés affectant leurs performances et leur fiabilité. La démagnétisation irréversible dépassant les normes n'est pas autorisée. Dans cet article, le logiciel ANSYS Maxwell est utilisé pour simuler les caractéristiques de démagnétisation des aimants permanents sous des champs magnétiques inversés induits par des courants court-circuits dans l'état d'étoile. À partir de la tendance du courant de l'enroulement, le pic actuel dépasse 1000 A au moment de l'étoile et se stabilise après 6 cycles électriques. Le taux de démagnétisation dans le logiciel Maxwell représente le rapport du magnétisme résiduel des aimants permanents après exposition à un champ démagnétisant à leur magnétisme résiduel d'origine; Une valeur de 1 n'indique pas de démagnétisation et 0 indique la démagnétisation complète. À partir des courbes de démagnétisation et des cartes de contour, le taux de démagnétisation de l'aimant permanent est 1, sans démagnétisation observée, confirmant que la machine de traction simulée répond aux exigences de fiabilité.

Figure 4: Courbe du domaine temporel du courant d'enroulement sous étoile-scellant à vitesse nominale

Figure 5: Courbe du taux de démagnétisation et carte de contour de démagnétisation des aimants permanents

Approfondissement et perspectives

Grâce à la simulation et à la mesure, le couple d'étoile-scellant de la machine de traction et le risque de démagnétisation de l'aimant permanent peuvent être contrôlés efficacement, fournissant un fort soutien pour l'optimisation des performances et garantissant un fonctionnement et une longévité sûrs de la machine de traction. Cet article explore non seulement le calcul du couple et de la démagnétisation des étoiles dans les machines de traction synchrones aimant permanentes, mais favorise également fortement l'amélioration de la sécurité des ascenseurs et de l'optimisation des performances. Nous sommes impatients de faire progresser les progrès technologiques et les percées innovantes dans ce domaine grâce à la coopération et aux échanges interdisciplinaires. Nous appelons également davantage de chercheurs et de praticiens à se concentrer sur ce domaine, à contribuer la sagesse et les efforts pour améliorer les performances des machines de traction synchrones aimant permanentes et assurer le fonctionnement sûr des ascenseurs.