Kalıcı Mıknatıslı Senkron Çekiş Makinalarının Yıldız Sızdırmazlık Hesaplaması ve Uygulaması Üzerine Araştırmalar

Arka plan

Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlar (PMSM'ler), yüksek verimlilik, enerji tasarrufu ve güvenilirlik avantajları nedeniyle modern endüstride ve günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmakta ve onları birçok alanda tercih edilen güç ekipmanı haline getirmektedir. Kalıcı mıknatıslı senkron çekiş makineleri, gelişmiş kontrol teknolojileri aracılığıyla, yalnızca düzgün kaldırma hareketi sağlamakla kalmaz, aynı zamanda asansör kabininin hassas konumlandırılmasını ve güvenlik korumasını da sağlar. Mükemmel performansları ile birçok asansör sisteminde temel bileşenler haline gelmişlerdir. Ancak asansör teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte, kalıcı mıknatıslı senkron çekiş makinelerinin performans gereksinimleri, özellikle de araştırmaların sıcak noktası haline gelen "yıldız mühürleme" teknolojisinin uygulanması artıyor.

Araştırma Sorunları ve Önemi

Kalıcı mıknatıslı senkron çekiş makinelerinde yıldız sızdırmazlık torkunun geleneksel değerlendirmesi, teorik hesaplamalara ve ölçülen verilerden türetmeye dayanır; bu, yıldız yalıtımının ultra geçici süreçlerini ve elektromanyetik alanların doğrusal olmama durumunu açıklamakta zorlanır ve bu da düşük verimlilik ve doğrulukla sonuçlanır. Yıldızların kapatılması sırasındaki anlık büyük akım, kalıcı mıknatısların geri döndürülemez demanyetizasyon riski oluşturur ve bunun da değerlendirilmesi zordur. Sonlu elemanlar analizi (FEA) yazılımının geliştirilmesiyle bu sorunlar giderilmiştir. Şu anda, teorik hesaplamalar tasarımı yönlendirmek için daha çok kullanılıyor ve bunları yazılım analiziyle birleştirmek, yıldız sızdırmazlık torkunun daha hızlı ve daha doğru bir şekilde analiz edilmesini sağlıyor. Bu makale, yıldız sızdırmazlık çalışma koşullarının sonlu eleman analizini gerçekleştirmek için örnek olarak kalıcı mıknatıslı senkron çekiş makinesini almaktadır. Bu çalışmalar, yalnızca kalıcı mıknatıslı senkron çekiş makinelerinin teorik sistemini zenginleştirmeye yardımcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda asansör güvenlik performansının iyileştirilmesi ve performansın optimize edilmesi için de güçlü destek sağlıyor.

Yıldız Sızdırmazlık Hesaplamalarında Sonlu Elemanlar Analizinin Uygulanması

Simülasyon sonuçlarının doğruluğunu doğrulamak için, mevcut test verilerine sahip, nominal hızı 159 rpm olan bir çekiş makinesi seçildi. Farklı hızlarda ölçülen kararlı durum yıldız sızdırmazlık torku ve sarma akımı aşağıdaki gibidir. Yıldız sızdırmazlık torku maksimuma 12 rpm'de ulaşır.

Şekil 1: Yıldız Mühürlemenin Ölçülen Verileri

Daha sonra bu cer makinesinin sonlu eleman analizi Maxwell yazılımı kullanılarak yapıldı. İlk olarak çekiş makinesinin geometrik modeli oluşturulmuş ve karşılık gelen malzeme özellikleri ve sınır koşulları belirlenmiştir. Daha sonra elektromanyetik alan denklemleri çözülerek, zaman tanım alanında akım eğrileri, tork eğrileri ve kalıcı mıknatısların farklı zamanlardaki demanyetizasyon durumları elde edildi. Simülasyon sonuçları ile ölçülen veriler arasındaki tutarlılık doğrulandı.

Çekiş makinesinin sonlu eleman modelinin oluşturulması elektromanyetik analiz için esastır ve burada ayrıntılarına girilmeyecektir. Motorun malzeme ayarlarının fiili kullanıma uygun olması gerektiği vurgulanır; kalıcı mıknatısların sonraki demanyetizasyon analizleri göz önüne alındığında, kalıcı mıknatıslar için doğrusal olmayan B-H eğrileri kullanılmalıdır. Bu makale, Maxwell'deki çekiş makinesinin yıldız mühürleme ve manyetikliği giderme simülasyonunun nasıl uygulanacağına odaklanmaktadır. Yazılımdaki yıldız mühürleme, aşağıdaki şekilde gösterilen özel devre konfigürasyonu ile harici bir devre aracılığıyla gerçekleştirilir. Çekiş makinesinin üç fazlı stator sargıları devrede LFazA/B/C olarak gösterilir. Üç fazlı sargıların ani kısa devre yıldız sızdırmazlığını simüle etmek için, her faz sargı devresine seri olarak paralel bir modül (bir akım kaynağı ve akım kontrollü bir anahtardan oluşan) bağlanır. Başlangıçta akım kontrollü anahtar açıktır ve üç fazlı akım kaynağı sargılara güç sağlar. Ayarlanan bir zamanda, akım kontrollü anahtar kapanır, üç fazlı akım kaynağına kısa devre yaptırır ve üç fazlı sargıları kısa devre yaptırarak kısa devre yıldız sızdırmazlık durumuna girer.

Şekil 2: Yıldız Sızdırmazlık Devresi Tasarımı

Çekiş makinesinin ölçülen maksimum yıldız sızdırmazlık torku, 12 rpm'lik bir hıza karşılık gelir. Simülasyon sırasında hızlar, ölçülen hıza uyum sağlamak için 10 rpm, 12 rpm ve 14 rpm olarak parametrelendi. Simülasyon durma süresiyle ilgili olarak, sargı akımlarının daha düşük hızlarda daha hızlı dengelendiği göz önüne alındığında, yalnızca 2-3 elektrik döngüsü ayarlandı. Sonuçların zaman alanı eğrilerinden, hesaplanan yıldız sızdırmazlık torkunun ve sarma akımının stabilize olduğu yargısına varılabilir. Simülasyon, 12 rpm'deki kararlı durum yıldız sızdırmazlık torkunun, ölçülen değerden %5,6 daha düşük olan 5885,3 Nm ile en büyük olduğunu gösterdi. Ölçülen sargı akımı 265,8 A ve simüle edilen akım 251,8 A idi; simülasyon değeri de ölçülen değerden %5,6 daha düşük olup tasarım doğruluğu gereksinimlerini karşılıyordu.

Şekil 3: Tepe Yıldız Sızdırmazlık Torku ve Sargı Akımı

Çekiş makineleri, güvenlik açısından kritik öneme sahip özel ekipmanlardır ve kalıcı mıknatıslı demanyetizasyon, bunların performansını ve güvenilirliğini etkileyen temel faktörlerden biridir. Standartları aşan, geri döndürülemez manyetiklik giderme işlemine izin verilmez. Bu yazıda, yıldız mühürleme durumunda kısa devre akımlarının neden olduğu ters manyetik alanlar altında kalıcı mıknatısların manyetiklik giderme özelliklerini simüle etmek için Ansys Maxwell yazılımı kullanılmıştır. Sargı akımı eğiliminden akım zirvesi, yıldızların kapatılması anında 1000 A'yı aşar ve 6 elektrik döngüsünden sonra dengelenir. Maxwell yazılımındaki demanyetizasyon oranı, kalıcı mıknatısların manyetikliği giderici bir alana maruz kaldıktan sonra kalan mıknatıslığının orijinal artık manyetizmalarına oranını temsil eder; 1 değeri manyetikliğin ortadan kaldırılmadığını, 0 ise tamamen manyetikliğin ortadan kaldırıldığını gösterir. Demanyetizasyon eğrilerinden ve kontur haritalarından, kalıcı mıknatıslı demanyetizasyon oranının 1 olduğu ve herhangi bir demanyetizasyon gözlemlenmediği, simüle edilmiş çekiş makinesinin güvenilirlik gereksinimlerini karşıladığını doğrulamaktadır.

Şekil 4: Nominal Hızda Yıldız Sızdırmazlığı Altında Sargı Akımının Zaman Alanı Eğrisi

Şekil 5: Kalıcı Mıknatısların Demanyetizasyon Hızı Eğrisi ve Demanyetizasyon Kontur Haritası

Derinleşme ve Görünüm

Hem simülasyon hem de ölçüm yoluyla, cer makinesinin yıldız sızdırmazlık torku ve kalıcı mıknatısın mıknatıslığının giderilmesi riski, performans optimizasyonu için güçlü destek sağlayarak cer makinesinin güvenli çalışmasını ve uzun ömürlü olmasını sağlayarak etkili bir şekilde kontrol edilebilir. Bu makale yalnızca kalıcı mıknatıslı senkron çekişli makinelerde yıldız sızdırmazlık torkunun ve manyetikliğin giderilmesinin hesaplanmasını araştırmakla kalmıyor, aynı zamanda asansör güvenliğinin ve performans optimizasyonunun iyileştirilmesini de güçlü bir şekilde destekliyor. Disiplinlerarası işbirliği ve değişim yoluyla bu alandaki teknolojik ilerlemeyi ve yenilikçi atılımları ilerletmeyi sabırsızlıkla bekliyoruz. Ayrıca daha fazla araştırmacı ve uygulayıcıyı bu alana odaklanmaya, kalıcı mıknatıslı senkron çekişli makinelerin performansını artırmaya ve asansörlerin güvenli çalışmasını sağlamaya yönelik çaba ve bilgeliğe katkıda bulunmaya çağırıyoruz.