Progettazione e funzionamento di alta

May 11, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2656 (2023) Citare questo articolo

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Un regolatore di velocità a magnete permanente ad alta potenza viene applicato a una pompa dell'acqua di raffreddamento per risparmiare energia durante la produzione di acciaio a Magang (Group) Holding Co., Ltd. Viene mostrata la configurazione progettata del regolatore di velocità a magnete permanente ad alta potenza con una base mobile in questo manoscritto, ed è stato simulato il vortice magnetico sotto la diversa area di ingranamento tra l'albero motore e quello condotto. Inoltre, le stime indicano che la pompa dell'acqua di raffreddamento controllata da un regolatore di velocità magnetico può risparmiare energia elettrica del 22%, circa 1.756.400 kW·h all'anno, rispetto alla tradizionale pompa controllata da una valvola, e il calore di scarto generato da questa configurazione è inferiore a 5 dieci -millesimi della potenza dell'albero. Nel frattempo, il regolatore di velocità a magnete permanente ha vibrazioni molto inferiori grazie a questo modo senza contatto tra l'albero motore e quello condotto.

Rispetto al tradizionale riduttore, il regolatore di velocità a magnete permanente, che si basa sul vortice magnetico dovuto al movimento relativo tra il magnete permanente e il conduttore, presenta numerosi vantaggi come maggiore efficienza energetica, maggiore affidabilità, installazione più semplice, costi inferiori e avvio graduale del motore1,2. La nuova tecnologia per la velocità regolabile con magnete permanente viene utilizzata per consentire al motore di controllare la propria velocità e risparmiare energia, a tutto vantaggio della riduzione delle emissioni. Pertanto, sempre più attenzione è stata posta dai ricercatori in campo industriale.

Lo sviluppo del regolatore di velocità a magnete permanente a disco non si ferma mai, da quando è stato proposto negli anni '903,4. Negli ultimi anni, le ricerche sul regolatore di velocità a magnete permanente sono state condotte non solo negli elementi del modello e della simulazione per l'analisi di base5,6, ma anche nell'applicazione con il miglioramento della struttura nell'industria7,8. Il metodo della linea equivalente virtuale è stato sviluppato per risolvere l'effetto finale sulla distribuzione del campo magnetico nella regione del traferro del regolatore di velocità a magnete permanente. Attraverso il calcolo della densità del flusso del traferro statico, si è riscontrato che la funzione di compensazione dell'effetto finale calcolata in base al modello era altamente coerente con il risultato calcolato con il metodo degli elementi finiti9. Secondo il modello per il campo vorticoso transitorio 3D in alcune ricerche, la sostituzione del disco di rame con un disco di alluminio potrebbe migliorare la stabilità che regola la velocità dell'accoppiatore magnetico permanente10. È stato proposto un metodo di modellazione 3D veloce e accurato per valutare le prestazioni elettromagnetiche di macchine con magnete permanente a flusso assiale in condizioni di assenza di carico. I risultati calcolati della densità del campo locale, della forza elettromotrice e della coppia di cogging per il regolatore di velocità del disco erano in ottimo accordo con le misurazioni sperimentali11. Una nuova strategia di controllo dell'indebolimento del flusso con risposta rapida alla corrente transitoria è progettata per facilitare l'applicazione del controllo dell'indebolimento del flusso sui veicoli elettrici, e la simulazione e i risultati sperimentali hanno mostrato che la strategia proposta potrebbe ottenere una risposta rapida della coppia e anche avere la capacità di ridurre la fluttuazione della coppia dello stato stabile12. La struttura del regolatore a magnete permanente da 250 kW è stata avanzata per migliorare la conduzione del calore, garantendo il funzionamento stabile e affidabile di questa apparecchiatura13. Nell'accoppiatore a magnete permanente è stato provato un sistema Halbach, una sorta di speciale sistema di magneti permanenti, e sia la simulazione che il test hanno mostrato una maggiore efficienza nel regolatore di velocità assiale14,15. Inoltre, nei separatori è stato utilizzato anche il sistema Halbach per migliorare l'efficienza della separazione16. Ricerche relativamente sistematiche sul regolatore di velocità a magnete permanente sono state mostrate anche nei riferimenti bibliografici17,18,19.

In questo manoscritto è mostrato il regolatore di velocità a magnete permanente da 450 kW utilizzato per la pompa dell'acqua di raffreddamento nella produzione dell'acciaio. In questo regolatore di velocità viene utilizzata la struttura a schiera di poli N-S e il campo magnetico e la densità di corrente nella corrente di azionamento del conduttore indotta dalla corrente azionata dal magnete vengono simulati sulla base dell'analisi di modellazione degli elementi finiti (FEM). Sotto il motore, viene utilizzata una base mobile automatica controllata da un controller logico programmabile (PLC) per regolare l'area di ingranamento e di conseguenza il vortice magnetico, modificando la potenza di uscita del motore per mantenere il flusso d'acqua nel tubo. Le misurazioni e i calcoli mostrano che la pompa dell'acqua di raffreddamento controllata da un regolatore di velocità magnetico utilizzata in questa ricerca può risparmiare energia elettrica del 22%, circa 1.756.400 kW·h all'anno, rispetto alla tradizionale pompa controllata da una valvola. Pertanto, questo tipo di regolatore di velocità a magnete permanente ha una struttura compatta (il passo assiale è di soli 25 cm). Inoltre si osserva una evidente riduzione delle vibrazioni quando si utilizza il regolatore di velocità a magnete permanente. Nel frattempo, secondo la teoria della radiazione termica, il calore disperso nell'impianto è molto basso.