بحث حول حساب الختم النجمي وتطبيق آلات الجر المتزامنة ذات المغناطيس الدائم

خلفية

تُستخدم المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (PMSMs) على نطاق واسع في الصناعة الحديثة والحياة اليومية نظرًا لمزاياها المتمثلة في الكفاءة العالية وتوفير الطاقة والموثوقية، مما يجعلها معدات الطاقة المفضلة في العديد من المجالات. آلات الجر المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، من خلال تقنيات التحكم المتقدمة، لا توفر حركة رفع سلسة فحسب، بل تحقق أيضًا تحديد الموقع الدقيق وحماية السلامة لمقصورة المصعد. بفضل أدائها الممتاز، فقد أصبحت مكونات رئيسية في العديد من أنظمة المصاعد. ومع ذلك، مع التطور المستمر لتكنولوجيا المصاعد، تتزايد متطلبات الأداء لآلات الجر المتزامن ذات المغناطيس الدائم، وخاصة تطبيق تكنولوجيا "الختم النجمي"، التي أصبحت نقطة ساخنة للبحث.

قضايا البحث وأهميته

يعتمد التقييم التقليدي لعزم دوران الختم النجمي في آلات الجر المتزامن ذات المغناطيس الدائم على الحسابات النظرية والاشتقاق من البيانات المقاسة، والتي تكافح من أجل مراعاة العمليات العابرة للغاية لختم النجوم وعدم خطية المجالات الكهرومغناطيسية، مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة والدقة. يشكل التيار الكبير اللحظي أثناء ختم النجوم خطر إزالة مغنطة المغناطيس الدائم بشكل لا رجعة فيه، وهو أمر يصعب تقييمه أيضًا. مع تطوير برنامج تحليل العناصر المحدودة (FEA)، تمت معالجة هذه المشكلات. في الوقت الحالي، يتم استخدام الحسابات النظرية بشكل أكبر لتوجيه التصميم، كما أن دمجها مع تحليل البرامج يتيح تحليلًا أسرع وأكثر دقة لعزم دوران الختم النجمي. تأخذ هذه الورقة آلة الجر المتزامن ذات المغناطيس الدائم كمثال لإجراء تحليل العناصر المحدودة لظروف تشغيل الختم النجمي. لا تساعد هذه الدراسات في إثراء النظام النظري لآلات الجر المتزامن ذات المغناطيس الدائم فحسب، بل توفر أيضًا دعمًا قويًا لتحسين أداء سلامة المصاعد وتحسين الأداء.

تطبيق تحليل العناصر المحدودة في حسابات ختم النجوم

للتحقق من دقة نتائج المحاكاة، تم اختيار آلة جر مع بيانات الاختبار الموجودة، وبسرعة مقدرة تبلغ 159 دورة في الدقيقة. فيما يلي عزم الدوران المقاس لختم النجوم وتيار اللف بسرعات مختلفة. يصل عزم الدوران النجمي إلى الحد الأقصى عند 12 دورة في الدقيقة.

الشكل 1: البيانات المقاسة لختم النجوم

بعد ذلك، تم إجراء تحليل العناصر المحدودة لآلة الجر هذه باستخدام برنامج Maxwell. أولاً، تم إنشاء النموذج الهندسي لآلة الجر، وتم تحديد خصائص المواد المقابلة وشروط الحدود. ومن ثم، من خلال حل معادلات المجال الكهرومغناطيسي، تم الحصول على منحنيات تيار المجال الزمني ومنحنيات عزم الدوران وحالات إزالة المغناطيسية للمغناطيس الدائم في أوقات مختلفة. تم التحقق من الاتساق بين نتائج المحاكاة والبيانات المقاسة.

يعد إنشاء نموذج العناصر المحدودة لآلة الجر أمرًا أساسيًا للتحليل الكهرومغناطيسي ولن يتم تفصيله هنا. يتم التأكيد على أن إعدادات المواد للمحرك يجب أن تتوافق مع الاستخدام الفعلي؛ وبالنظر إلى تحليل إزالة المغناطيسية اللاحق للمغناطيس الدائم، يجب استخدام منحنيات B-H غير الخطية للمغناطيس الدائم. تركز هذه الورقة على كيفية تنفيذ محاكاة الختم النجمي وإزالة المغناطيسية لآلة الجر في ماكسويل. يتم تحقيق الختم النجمي في البرنامج من خلال دائرة خارجية، مع تكوين الدائرة المحدد الموضح في الشكل أدناه. يُشار إلى ملفات الجزء الثابت ثلاثية الطور لآلة الجر بـ LphaseA/B/C في الدائرة. لمحاكاة الختم النجمي المفاجئ لدائرة القصر للملفات ثلاثية الطور، يتم توصيل وحدة متوازية (تتكون من مصدر تيار ومفتاح يتم التحكم فيه بالتيار) على التوالي مع كل دائرة لف طور. في البداية، يكون المفتاح الذي يتم التحكم فيه بالتيار مفتوحًا، ويقوم مصدر التيار ثلاثي الطور بتزويد اللفات بالطاقة. في وقت محدد، يتم إغلاق المفتاح الذي يتم التحكم فيه بالتيار، مما يؤدي إلى قصر دائرة مصدر التيار ثلاثي الطور وقصر اللفات ثلاثية الطور، ودخول حالة الختم النجمي للدائرة القصيرة.

الشكل 2: تصميم دائرة الختم النجمي

يتوافق الحد الأقصى لعزم دوران الختم النجمي المُقاس لآلة الجر مع سرعة 12 دورة في الدقيقة. أثناء المحاكاة، تم تحديد السرعات على أنها 10 دورة في الدقيقة و12 دورة في الدقيقة و14 دورة في الدقيقة للتوافق مع السرعة المقاسة. فيما يتعلق بوقت توقف المحاكاة، مع الأخذ في الاعتبار أن تيارات الملفات تستقر بشكل أسرع عند السرعات المنخفضة، تم ضبط 2-3 دورات كهربائية فقط. من منحنيات النتائج للمجال الزمني، يمكن الحكم على أن عزم دوران الختم النجمي وتيار اللف قد استقرا. أظهرت المحاكاة أن عزم دوران النجم المستقر عند 12 دورة في الدقيقة كان الأكبر، عند 5885.3 نيوتن متر، وهو أقل بنسبة 5.6% من القيمة المقاسة. كان تيار اللف المقاس 265.8 أمبير، والتيار المحاكى 251.8 أمبير، مع قيمة المحاكاة أيضًا أقل بنسبة 5.6% من القيمة المقاسة، مما يلبي متطلبات دقة التصميم.

الشكل 3: ذروة عزم الدوران وتيار اللف

آلات الجر هي معدات خاصة ذات أهمية كبيرة للسلامة، وإزالة المغناطيسية الدائمة للمغناطيس هي أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على أدائها وموثوقيتها. لا يُسمح بإزالة المغناطيسية التي لا رجعة فيها بما يتجاوز المعايير. في هذا البحث، تم استخدام برنامج Ansys Maxwell لمحاكاة خصائص إزالة المغناطيسية للمغناطيس الدائم تحت المجالات المغناطيسية العكسية الناتجة عن تيارات الدائرة القصيرة في حالة الختم النجمي. من اتجاه التيار المتعرج، تتجاوز الذروة الحالية 1000 أمبير في لحظة ختم النجم وتستقر بعد 6 دورات كهربائية. يمثل معدل إزالة المغناطيسية في برنامج ماكسويل نسبة المغناطيسية المتبقية للمغناطيس الدائم بعد التعرض لحقل إزالة المغناطيسية إلى المغناطيسية المتبقية الأصلية؛ تشير القيمة 1 إلى عدم إزالة المغناطيسية، وتشير القيمة 0 إلى إزالة المغناطيسية بالكامل. من منحنيات إزالة المغناطيسية والخرائط الكنتورية، يكون معدل إزالة المغناطيسية الدائمة هو 1، مع عدم ملاحظة إزالة المغناطيسية، مما يؤكد أن آلة الجر المحاكية تلبي متطلبات الموثوقية.

الشكل 4: منحنى المجال الزمني لتيار اللف تحت ختم النجوم بالسرعة المقدرة

الشكل 5: منحنى معدل إزالة المغناطيسية وخريطة كفاف إزالة المغناطيسية للمغناطيس الدائم

تعميق والتوقعات

من خلال كل من المحاكاة والقياس، يمكن التحكم بشكل فعال في عزم دوران الختم النجمي لآلة الجر وخطر إزالة المغناطيسية الدائمة للمغناطيس، مما يوفر دعمًا قويًا لتحسين الأداء وضمان التشغيل الآمن وطول عمر آلة الجر. لا تستكشف هذه الورقة حساب عزم دوران الختم النجمي وإزالة المغناطيسية في آلات الجر المتزامنة ذات المغناطيس الدائم فحسب، بل تشجع أيضًا بقوة على تحسين سلامة المصاعد وتحسين الأداء. ونحن نتطلع إلى تعزيز التقدم التكنولوجي والاختراقات المبتكرة في هذا المجال من خلال التعاون والتبادلات متعددة التخصصات. كما ندعو المزيد من الباحثين والممارسين إلى التركيز على هذا المجال، والمساهمة بالحكمة والجهود المبذولة لتعزيز أداء آلات الجر المتزامن ذات المغناطيس الدائم وضمان التشغيل الآمن للمصاعد.