การวิจัยเกี่ยวกับการคำนวณการผนึกดาวและการประยุกต์ใช้เครื่องดึงซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

พื้นหลัง

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมสมัยใหม่และชีวิตประจำวัน เนื่องจากมีข้อได้เปรียบในด้านประสิทธิภาพสูง การประหยัดพลังงาน และความน่าเชื่อถือ ทำให้เป็นอุปกรณ์จ่ายไฟที่ต้องการในหลายสาขา เครื่องฉุดซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรผ่านเทคโนโลยีการควบคุมขั้นสูง ไม่เพียงแต่ให้การเคลื่อนที่ในการยกที่ราบรื่น แต่ยังให้ตำแหน่งที่แม่นยำและการป้องกันความปลอดภัยของรถลิฟต์อีกด้วย ด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม พวกมันจึงกลายเป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบลิฟต์หลายตัว อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีลิฟต์อย่างต่อเนื่อง ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับเครื่องดึงซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี "การซีลแบบดาว" ซึ่งกลายเป็นจุดสำคัญในการวิจัย

ประเด็นการวิจัยและความสำคัญ

การประเมินแรงบิดปิดผนึกรูปดาวแบบดั้งเดิมในเครื่องดึงซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรอาศัยการคำนวณทางทฤษฎีและการได้มาจากข้อมูลที่วัดได้ ซึ่งต้องดิ้นรนเพื่อพิจารณาถึงกระบวนการปิดผนึกรูปดาวที่ชั่วคราวเป็นพิเศษและความไม่เป็นเชิงเส้นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ส่งผลให้ประสิทธิภาพและความแม่นยำต่ำ กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นทันทีระหว่างการปิดผนึกด้วยดาวทำให้เกิดความเสี่ยงต่อการสลายแม่เหล็กถาวรแบบถาวร ซึ่งยากต่อการประเมินเช่นกัน ด้วยการพัฒนาซอฟต์แวร์การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEA) ปัญหาเหล่านี้ได้รับการแก้ไขแล้ว ในปัจจุบัน การคำนวณทางทฤษฎีถูกนำมาใช้เพื่อเป็นแนวทางในการออกแบบมากขึ้น และการผสานการคำนวณเข้ากับการวิเคราะห์ซอฟต์แวร์ทำให้สามารถวิเคราะห์แรงบิดปิดผนึกรูปดาวได้รวดเร็วและแม่นยำยิ่งขึ้น บทความนี้ใช้เครื่องลากแบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรเป็นตัวอย่างในการวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์ของสภาวะการทำงานของการผนึกดาว การศึกษาเหล่านี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มคุณค่าให้กับระบบทางทฤษฎีของเครื่องฉุดซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรเท่านั้น แต่ยังให้การสนับสนุนอย่างมากในการปรับปรุงประสิทธิภาพความปลอดภัยของลิฟต์และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานอีกด้วย

การประยุกต์ใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดในการคำนวณการปิดผนึกดวงดาว

เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของผลการจำลอง จึงได้เลือกเครื่องดึงที่มีข้อมูลการทดสอบที่มีอยู่ ด้วยความเร็วพิกัดที่ 159 รอบต่อนาที แรงบิดปิดผนึกรูปดาวในสถานะคงที่ที่วัดได้และกระแสขดลวดที่ความเร็วต่างกันมีดังนี้ แรงบิดปิดผนึกรูปดาวถึงสูงสุดที่ 12 รอบต่อนาที

รูปที่ 1: ข้อมูลที่วัดได้ของการปิดผนึกด้วยดวงดาว

ต่อไป การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดของเครื่องดึงนี้ดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์ Maxwell ขั้นแรก มีการสร้างแบบจำลองทางเรขาคณิตของเครื่องฉุดลาก และตั้งค่าคุณสมบัติของวัสดุและเงื่อนไขขอบเขตที่สอดคล้องกัน จากนั้น โดยการแก้สมการสนามแม่เหล็กไฟฟ้า จะได้กราฟกระแสโดเมนเวลา กราฟแรงบิด และสถานะการล้างอำนาจแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรในเวลาที่ต่างกัน ความสอดคล้องระหว่างผลการจำลองและข้อมูลที่วัดได้รับการตรวจสอบแล้ว

การสร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของเครื่องดึงเป็นพื้นฐานของการวิเคราะห์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า และจะไม่ขออธิบายรายละเอียดในที่นี้ เน้นย้ำว่าการตั้งค่าวัสดุของมอเตอร์จะต้องสอดคล้องกับการใช้งานจริง เมื่อพิจารณาถึงการวิเคราะห์การล้างอำนาจแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรในภายหลัง ต้องใช้เส้นโค้ง B-H แบบไม่เชิงเส้นสำหรับแม่เหล็กถาวร บทความนี้มุ่งเน้นไปที่วิธีการจำลองการปิดผนึกด้วยดาวและการลดอำนาจแม่เหล็กของเครื่องดึงใน Maxwell การปิดผนึกด้วยดาวในซอฟต์แวร์ทำได้ผ่านวงจรภายนอก โดยมีการกำหนดค่าวงจรเฉพาะดังแสดงในรูปด้านล่าง ขดลวดสเตเตอร์สามเฟสของเครื่องดึงจะแสดงเป็น LPhaseA/B/C ในวงจร เพื่อจำลองการซีลสตาร์การลัดวงจรอย่างกะทันหันของขดลวดสามเฟส โมดูลขนาน (ประกอบด้วยแหล่งกำเนิดกระแสและสวิตช์ที่ควบคุมกระแส) เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับวงจรขดลวดแต่ละเฟส เริ่มแรกสวิตช์ที่ควบคุมกระแสไฟฟ้าจะเปิดอยู่ และแหล่งจ่ายกระแสไฟสามเฟสจะจ่ายพลังงานให้กับขดลวด เมื่อถึงเวลาที่กำหนด สวิตช์ที่ควบคุมกระแสไฟฟ้าจะปิด ลัดวงจรแหล่งกำเนิดกระแสสามเฟส และทำให้ขดลวดสามเฟสลัดวงจร เข้าสู่สถานะการปิดผนึกดาวลัดวงจร

รูปที่ 2: การออกแบบวงจรปิดผนึกแบบสตาร์

แรงบิดปิดผนึกรูปดาวสูงสุดที่วัดได้ของเครื่องดึงสอดคล้องกับความเร็ว 12 รอบต่อนาที ในระหว่างการจำลอง ความเร็วจะถูกกำหนดพารามิเตอร์เป็น 10 รอบต่อนาที, 12 รอบต่อนาที และ 14 รอบต่อนาที เพื่อให้สอดคล้องกับความเร็วที่วัดได้ ในส่วนของเวลาหยุดการจำลอง เมื่อพิจารณาว่ากระแสคดเคี้ยวจะเสถียรเร็วขึ้นที่ความเร็วต่ำกว่า จึงตั้งค่ารอบไฟฟ้าได้เพียง 2-3 รอบเท่านั้น จากเส้นโค้งโดเมนเวลาของผลลัพธ์ สามารถตัดสินได้ว่าแรงบิดผนึกดาวที่คำนวณได้และกระแสขดลวดมีความเสถียร การจำลองแสดงให้เห็นว่าแรงบิดผนึกดาวในสถานะคงตัวที่ 12 รอบต่อนาทีสูงที่สุดที่ 5,885.3 นิวตันเมตร ซึ่งต่ำกว่าค่าที่วัดได้ 5.6% กระแสไฟฟ้าของขดลวดที่วัดได้คือ 265.8 A และกระแสไฟฟ้าที่จำลองคือ 251.8 A โดยค่าการจำลองยังต่ำกว่าค่าที่วัดได้ 5.6% ซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านความแม่นยำในการออกแบบ

-

รูปที่ 3: แรงบิดปิดผนึกดาวสูงสุดและกระแสคดเคี้ยว

เครื่องดึงเป็นอุปกรณ์พิเศษที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัย และการล้างอำนาจแม่เหล็กถาวรเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ ไม่อนุญาตให้มีการล้างอำนาจแม่เหล็กกลับไม่ได้เกินมาตรฐาน ในบทความนี้ ซอฟต์แวร์ Ansys Maxwell ใช้เพื่อจำลองคุณลักษณะการล้างอำนาจแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรภายใต้สนามแม่เหล็กย้อนกลับที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าลัดวงจรในสถานะผนึกดาว จากแนวโน้มกระแสลม จุดสูงสุดปัจจุบันเกิน 1,000 A ณ ขณะปิดผนึกดาว และคงตัวหลังจาก 6 รอบไฟฟ้า อัตราการล้างอำนาจแม่เหล็กในซอฟต์แวร์ Maxwell แสดงถึงอัตราส่วนของแม่เหล็กตกค้างของแม่เหล็กถาวรหลังจากการสัมผัสกับสนามแม่เหล็กล้างอำนาจแม่เหล็กต่อแม่เหล็กตกค้างดั้งเดิม ค่า 1 หมายถึงไม่มีการล้างอำนาจแม่เหล็ก และ 0 หมายถึงการล้างอำนาจแม่เหล็กโดยสมบูรณ์ จากเส้นโค้งการล้างอำนาจแม่เหล็กและแผนผังรูปร่าง อัตราการล้างอำนาจแม่เหล็กถาวรของแม่เหล็กถาวรคือ 1 โดยไม่มีการสังเกตการล้างอำนาจแม่เหล็ก ซึ่งเป็นการยืนยันว่าเครื่องดึงแบบจำลองเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือ

รูปที่ 4: เส้นโค้งโดเมนเวลาของกระแสคดเคี้ยวภายใต้การปิดผนึกด้วยดาวที่ความเร็วพิกัด

รูปที่ 5: เส้นโค้งอัตราการล้างอำนาจแม่เหล็กและแผนที่โครงร่างการล้างอำนาจแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร

ลึกซึ้งและ Outlook

ด้วยการจำลองและการวัด แรงบิดปิดผนึกรูปดาวของเครื่องดึงและความเสี่ยงของการลดอำนาจแม่เหล็กถาวรของแม่เหล็กถาวรสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยให้การสนับสนุนอย่างมากในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน และรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยและอายุการใช้งานที่ยาวนานของเครื่องดึง บทความนี้ไม่เพียงแต่สำรวจการคำนวณแรงบิดปิดผนึกรูปดาวและการล้างอำนาจแม่เหล็กในเครื่องฉุดซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร แต่ยังส่งเสริมการปรับปรุงความปลอดภัยของลิฟต์และการเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพอย่างมากอีกด้วย เรามุ่งหวังที่จะพัฒนาความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความก้าวหน้าทางนวัตกรรมในสาขานี้ผ่านความร่วมมือและการแลกเปลี่ยนแบบสหวิทยาการ นอกจากนี้เรายังเรียกร้องให้นักวิจัยและผู้ปฏิบัติงานจำนวนมากขึ้นให้ความสำคัญกับสาขานี้ โดยอาศัยภูมิปัญญาและความพยายามในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องดึงซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร และรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยของลิฟต์