Penelitian Perhitungan Star-Sealing dan Penerapan Mesin Traksi Sinkron Magnet Permanen

Latar belakang

Motor Sinkron Magnet Permanen (PMSM) banyak digunakan dalam industri modern dan kehidupan sehari-hari karena keunggulan efisiensi tinggi, hemat energi, dan keandalannya, menjadikannya peralatan listrik pilihan di berbagai bidang. Mesin traksi sinkron magnet permanen, melalui teknologi kontrol canggih, tidak hanya memberikan gerakan pengangkatan yang mulus tetapi juga mencapai pemosisian yang tepat dan perlindungan keselamatan pada gerbong elevator. Dengan kinerjanya yang luar biasa, mereka telah menjadi komponen kunci dalam banyak sistem elevator. Namun, dengan terus berkembangnya teknologi elevator, persyaratan kinerja mesin traksi sinkron magnet permanen semakin meningkat, terutama penerapan teknologi "penyegelan bintang", yang telah menjadi pusat penelitian.

Masalah Penelitian dan Signifikansi

Evaluasi tradisional torsi penyegelan bintang pada mesin traksi sinkron magnet permanen bergantung pada perhitungan teoretis dan turunan dari data terukur, yang kesulitan memperhitungkan proses penyegelan bintang yang sangat sementara dan ketidaklinieran medan elektromagnetik, sehingga menghasilkan efisiensi dan akurasi yang rendah. Arus besar sesaat selama penyegelan bintang menimbulkan risiko demagnetisasi permanen pada magnet permanen, yang juga sulit untuk dievaluasi. Dengan dikembangkannya perangkat lunak analisis elemen hingga (FEA), permasalahan ini telah diatasi. Saat ini, perhitungan teoretis lebih banyak digunakan untuk memandu desain, dan menggabungkannya dengan analisis perangkat lunak memungkinkan analisis torsi penyegelan bintang lebih cepat dan akurat. Makalah ini mengambil contoh mesin traksi sinkron magnet permanen untuk melakukan analisis elemen hingga pada kondisi operasi penyegelan bintangnya. Studi-studi ini tidak hanya membantu memperkaya sistem teoritis mesin traksi sinkron magnet permanen tetapi juga memberikan dukungan kuat untuk meningkatkan kinerja keselamatan elevator dan mengoptimalkan kinerja.

Penerapan Analisis Elemen Hingga dalam Perhitungan Penyegelan Bintang

Untuk memverifikasi keakuratan hasil simulasi, dipilih mesin traksi dengan data pengujian yang ada, dengan kecepatan pengenal 159 rpm. Torsi penyegelan bintang kondisi tunak dan arus belitan yang diukur pada kecepatan yang berbeda adalah sebagai berikut. Torsi penyegelan bintang mencapai maksimum pada 12 rpm.

Gambar 1: Data Terukur Penyegelan Bintang

Selanjutnya dilakukan analisis elemen hingga mesin traksi ini dengan menggunakan software Maxwell. Pertama, model geometris mesin traksi ditetapkan, dan sifat material serta kondisi batas yang sesuai ditetapkan. Kemudian, dengan menyelesaikan persamaan medan elektromagnetik, diperoleh kurva arus domain waktu, kurva torsi, dan keadaan demagnetisasi magnet permanen pada waktu yang berbeda. Konsistensi antara hasil simulasi dan data terukur telah diverifikasi.

Pembentukan model elemen hingga mesin traksi merupakan hal mendasar dalam analisis elektromagnetik dan tidak akan diuraikan di sini. Ditekankan bahwa pengaturan material motor harus sesuai dengan penggunaan sebenarnya; mempertimbangkan analisis demagnetisasi magnet permanen selanjutnya, kurva BH nonlinier harus digunakan untuk magnet permanen. Makalah ini berfokus pada bagaimana menerapkan simulasi penyegelan bintang dan demagnetisasi pada mesin traksi di Maxwell. Penyegelan bintang dalam perangkat lunak diwujudkan melalui sirkuit eksternal, dengan konfigurasi sirkuit spesifik ditunjukkan pada gambar di bawah. Gulungan stator tiga fase dari mesin traksi dilambangkan sebagai LPhaseA/B/C dalam rangkaian. Untuk mensimulasikan penutupan bintang hubung singkat mendadak pada belitan tiga fasa, modul paralel (terdiri dari sumber arus dan sakelar pengatur arus) dihubungkan secara seri dengan setiap rangkaian belitan fasa. Awalnya, saklar pengatur arus terbuka, dan sumber arus tiga fasa menyuplai daya ke belitan. Pada waktu yang ditentukan, sakelar yang dikontrol arus menutup, menyebabkan hubungan pendek sumber arus tiga fasa dan hubungan pendek belitan tiga fasa, memasuki keadaan penyegelan bintang hubung pendek.

Gambar 2: Desain Sirkuit Penyegelan Bintang

Torsi penyegelan bintang maksimum yang diukur dari mesin traksi sesuai dengan kecepatan 12 rpm. Selama simulasi, kecepatan diparameterisasi sebagai 10 rpm, 12 rpm, dan 14 rpm agar selaras dengan kecepatan yang diukur. Mengenai waktu berhenti simulasi, mengingat arus belitan stabil lebih cepat pada kecepatan rendah, hanya 2–3 siklus listrik yang ditetapkan. Dari hasil kurva domain waktu, dapat dinilai bahwa torsi penyegelan bintang dan arus belitan yang dihitung telah stabil. Simulasi menunjukkan bahwa torsi penyegelan bintang kondisi tunak pada 12 rpm adalah yang terbesar, yaitu 5885,3 Nm, yang 5,6% lebih rendah dari nilai terukur. Arus belitan terukur adalah 265,8 A, dan arus simulasi adalah 251,8 A, dengan nilai simulasi juga 5,6% lebih rendah dari nilai terukur, sehingga memenuhi persyaratan akurasi desain.

Gambar 3: Torsi Penyegelan Bintang Puncak dan Arus Berliku

Mesin traksi adalah peralatan khusus yang sangat penting bagi keselamatan, dan demagnetisasi magnet permanen adalah salah satu faktor utama yang memengaruhi kinerja dan keandalannya. Demagnetisasi ireversibel melebihi standar tidak diperbolehkan. Dalam makalah ini, perangkat lunak Ansys Maxwell digunakan untuk mensimulasikan karakteristik demagnetisasi magnet permanen di bawah medan magnet terbalik yang disebabkan oleh arus hubung singkat dalam keadaan penyegelan bintang. Dari tren arus belitan, arus puncak melebihi 1000 A pada saat penyegelan bintang dan stabil setelah 6 siklus listrik. Laju demagnetisasi dalam perangkat lunak Maxwell mewakili rasio sisa magnet magnet permanen setelah terkena medan demagnetisasi dengan sisa magnetisme aslinya; nilai 1 menunjukkan tidak ada demagnetisasi, dan 0 menunjukkan demagnetisasi lengkap. Dari kurva demagnetisasi dan peta kontur, laju demagnetisasi magnet permanen adalah 1, tanpa demagnetisasi yang teramati, memastikan bahwa mesin traksi yang disimulasikan memenuhi persyaratan keandalan.

Gambar 4: Kurva Domain Waktu Arus Berliku di bawah Penyegelan Bintang pada Kecepatan Terukur

Gambar 5: Kurva Laju Demagnetisasi dan Peta Kontur Demagnetisasi Magnet Permanen

Pendalaman dan Outlook

Melalui simulasi dan pengukuran, torsi penyegelan bintang pada mesin traksi dan risiko demagnetisasi magnet permanen dapat dikontrol secara efektif, memberikan dukungan kuat untuk optimalisasi kinerja dan memastikan pengoperasian yang aman serta umur panjang mesin traksi. Makalah ini tidak hanya mengeksplorasi perhitungan torsi penyegelan bintang dan demagnetisasi pada mesin traksi sinkron magnet permanen tetapi juga sangat mendorong peningkatan keselamatan elevator dan optimalisasi kinerja. Kami berharap dapat memajukan kemajuan teknologi dan terobosan inovatif di bidang ini melalui kerja sama dan pertukaran interdisipliner. Kami juga menyerukan lebih banyak peneliti dan praktisi untuk fokus pada bidang ini, menyumbangkan kebijaksanaan dan upaya untuk meningkatkan kinerja mesin traksi sinkron magnet permanen dan memastikan pengoperasian elevator yang aman.