Izarren zigilatzea kalkulatzeko eta iman iraunkorreko trakzio-makin sinkronoen aplikazioari buruzko ikerketa

Aurrekariak

Iman Iraunkorreko Motor Sinkronoak (PMSM) oso erabiliak dira industria modernoan eta eguneroko bizitzan, eraginkortasun handiko, energia aurrezteko eta fidagarritasunaren abantailengatik, eta energia-ekipamendu hobetsia dira arlo askotan. Iman iraunkorreko trakzio-makin sinkronoek, kontrol-teknologia aurreratuen bidez, altxatzeko mugimendu leuna eskaintzen ez ezik, igogailuaren kokapen zehatza eta segurtasun-babesa ere lortzen dute. Errendimendu bikainarekin, funtsezko osagai bihurtu dira igogailu-sistema askotan. Hala ere, igogailuaren teknologiaren etengabeko garapenarekin, iman iraunkorreko trakzio-makinen errendimendu-eskakizunak areagotzen ari dira, batez ere "izar-zigilatzeko" teknologiaren aplikazioa, ikerketa-gune bihurtu dena.

Ikerketa-gaiak eta garrantzia

Iman iraunkorreko trakzio-makinen izar-zigilatzeko momentuaren ebaluazio tradizionala kalkulu teorikoetan eta neurtutako datuen deribazioan oinarritzen da, izar-zigilatzeko prozesu ultra-iragankorren eta eremu elektromagnetikoen linealtasun ez-linealtasuna kontuan hartzeko borrokan, eraginkortasun eta zehaztasun baxua eragiten dutenak. Izarren zigilatzeko momentuko korronte handiak iman iraunkorren desmagnetizazio arriskua dakar, eta hori ere zaila da ebaluatzen. Elementu finituen analisiaren (FEA) softwarearen garapenarekin, gai hauek jorratu dira. Gaur egun, kalkulu teorikoak gehiago erabiltzen dira diseinua gidatzeko, eta softwarearen analisiarekin konbinatzeak izar-zigilatzeko momentuaren azterketa azkarrago eta zehatzagoa ahalbidetzen du. Artikulu honek iman iraunkorreko trakzio-makina sinkrono bat hartzen du adibide gisa izar-zigilatzeko funtzionamendu-baldintzen elementu finituen azterketa egiteko. Azterketa hauek iman iraunkorreko trakzio-makinen sistema teorikoa aberasten ez ezik, igogailuen segurtasunaren errendimendua hobetzeko eta errendimendua optimizatzeko laguntza sendoa eskaintzen dute.

Elementu finituen analisiaren aplikazioa Star-Sealing Kalkuluetan

Simulazio-emaitzen zehaztasuna egiaztatzeko, lehendik zeuden proben datuak dituen trakzio-makina bat aukeratu zen, 159 rpm-ko abiadurarekin. Egoera egonkorrean izar-zigilatzeko momentua eta haize-korrontea abiadura ezberdinetan honako hauek dira. Izarren zigilatzeko momentua 12 rpm-ra iristen da gehienez.

1. Irudia: Star-Sealing-aren Neurtutako Datuak

Ondoren, trakzio-makina honen elementu finituen analisia egin zen Maxwell softwarea erabiliz. Lehenik eta behin, trakzio-makinaren eredu geometrikoa ezarri zen, eta dagozkion materialaren propietateak eta muga-baldintzak ezarri ziren. Ondoren, eremu elektromagnetikoko ekuazioak ebatziz, denbora-domeinuko korronte-kurbak, momentu-kurbak eta iman iraunkorren desmagnetizazio-egoerak une ezberdinetan lortu ziren. Simulazioaren emaitzen eta neurtutako datuen arteko koherentzia egiaztatu zen.

Trakzio-makinaren elementu finituen eredua ezartzea oinarrizkoa da analisi elektromagnetikorako eta ez da hemen landuko. Motorraren material ezarpenak benetako erabilerarekin bat egin behar duela azpimarratzen da; iman iraunkorren ondorengo desmagnetizazio-analisia kontuan hartuta, B-H kurba linealak erabili behar dira iman iraunkorretarako. Artikulu honek Maxwell-en trakzio-makinaren izar-zigilatzea eta desmagnetizazioaren simulazioa nola ezartzeari buruzkoa da. Softwarean izar-zigilatzea kanpoko zirkuitu baten bidez gauzatzen da, beheko irudian ageri den zirkuituaren konfigurazio espezifikoarekin. Trakzio-makinaren estatorearen harilkatu trifasikoak LPhaseA/B/C gisa adierazten dira zirkuituan. Harilak trifasikoen bat-bateko zirkuitulaburra izar-zigilatzea simulatzeko, modulu paralelo bat (korronte-iturri batek eta korronte kontrolatutako etengailu batek osatua) seriean konektatzen da fase-zirkuitu bakoitzarekin. Hasieran, korronte kontrolatutako etengailua irekita dago, eta korronte iturri trifasikoak energia hornitzen die haizeei. Ezarritako denbora batean, korronte kontrolatutako etengailua ixten da, korronte trifasikoko iturria zirkuitu laburtu eta haize trifasikoak laburtuz, zirkuitulaburra izar-zigilatzeko egoeran sartuz.

2. irudia: Izarrak zigilatzeko zirkuituaren diseinua

Neurtutako trakzio-makinaren izar-zigilatzeko momentu maximoa 12 rpm-ko abiadurari dagokio. Simulazioan zehar, abiadurak 10 rpm, 12 rpm eta 14 rpm gisa parametrizatu ziren neurtutako abiadurarekin lerrokatzeko. Simulazioaren geldialdi-denborari dagokionez, haize-korronteak abiadura baxuagoetan azkarrago egonkortzen direla kontuan hartuta, 2-3 ziklo elektriko baino ez ziren ezarri. Emaitzen denbora-domeinuko kurbetatik abiatuta, kalkulatutako izar-zigilatzeko momentua eta harilkatze-korrontea egonkortu direla irizten da. Simulazioak erakutsi zuen 12 rpm-ko izar-zigilatzeko momentu egonkorreko momentua handiena zela, 5885,3 Nm-koa, neurtutako balioa baino %5,6 txikiagoa. Neurtutako harilkadura-korrontea 265,8 A-koa zen eta simulatutako korrontea 251,8 A-koa zen, simulazio-balioa ere neurtutako balioa baino % 5,6 baxuagoa izanik, diseinuaren zehaztasun-baldintzak betez.

3. irudia: Izarren zigilatzeko momentua eta haize-korrontea

Trakzio-makinak segurtasunerako ekipamendu bereziak dira, eta iman iraunkorra desmagnetizazioa haien errendimenduan eta fidagarritasunean eragiten duen faktore nagusietako bat da. Ez da onartzen estandarrak gainditzen dituen desmagnetizazio atzeraezina. Artikulu honetan, Ansys Maxwell softwarea erabiltzen da iman iraunkorren desmagnetizazio-ezaugarriak simulatzeko, izar-zigilatzeko egoeran zirkuitulaburreko korronteek eragindako alderantzizko eremu magnetikoetan. Korronte bihurrituaren joeratik, korronte gailurrak 1000 A gainditzen ditu izar-zigilatzeko momentuan eta egonkortzen da 6 ziklo elektrikoren ondoren. Maxwell softwarearen desmagnetizazio-tasa iman iraunkorren magnetismo hondarraren erlazioa adierazten du eremu desmagnetizatzaile baten eraginpean egon ondoren, jatorrizko hondar-magnetismoarekin; 1 balio batek desmagnetizaziorik ez duela adierazten du, eta 0k desmagnetizazio osoa adierazten du. Desmagnetizazio-kurbetatik eta sestra-mapetatik, iman iraunkorreko desmagnetizazio-tasa 1 da, desmagnetizaziorik ikusi gabe, simulatutako trakzio-makinak fidagarritasun-eskakizunak betetzen dituela baieztatuz.

4. Irudia: Izarren zigilatzeko korrontearen denbora-domeinuko kurba abiadura nominalean

5. irudia: Iman iraunkorren desmagnetizazio-abiaduraren kurba eta desmagnetizazioaren sestra-mapa

Sakontzea eta Perspektiba

Simulazioaren eta neurketaren bidez, trakzio-makinaren izar zigilatzeko momentua eta iman iraunkorra desmagnetizatzeko arriskua modu eraginkorrean kontrolatu daitezke, errendimenduaren optimizaziorako laguntza sendoa eskainiz eta trakzio-makinaren funtzionamendu segurua eta iraupena bermatuz. Artikulu honek iman iraunkorreko trakzio-makin sinkronoetan izar-zigilatzeko momentua eta desmagnetizazioa kalkulatzeaz gain, igogailuaren segurtasuna eta errendimenduaren optimizazioa hobetzea ere sustatzen du. Aurrerapen teknologikoa eta aurrerapen berritzaileak alor honetan aurreratzea espero dugu, diziplinarteko lankidetza eta trukeen bidez. Era berean, ikertzaile eta profesional gehiagori dei egiten diegu alor honetan zentratzeko, iman iraunkorreko trakzio-makin sinkronoen errendimendua hobetzeko eta igogailuen funtzionamendu segurua bermatzeko jakinduria eta ahaleginak lagunduz.