Análisis y evaluación de rendimiento de un nuevo accionamiento de velocidad ajustable con un rotor de tipo homopolar
Autores: Guo, Songlin; Yi, Zhengkang; Liu, Pan; Wang, Guoshuai; Lai, Houchuan; Yu, Kexun; Xie, Xianfei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Análisis y evaluación de rendimiento de un nuevo accionamiento de velocidad ajustable con un rotor de tipo homopolar
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Impulsor de velocidad ajustable magnético
Rotor de tipo homopolar
Imanes permanentes
Corriente de excitación
Método analítico de 3D-FEM
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
El uso de un variador de velocidad ajustable magnético es una elección popular en entornos industriales debido a su funcionamiento eficiente, aislamiento de vibraciones, bajo mantenimiento y protección contra sobrecargas. La mayoría de los variadores de velocidad ajustable magnéticos convencionales utilizan diversas formas de imanes permanentes (PMs). Debido a los PMs, este tipo de máquina tiene pérdidas continuas de arrastre en forma de histéresis y corrientes de Foucault inducidas. En los últimos años, el rotor de tipo homopolar se ha utilizado ampliamente en máquinas de alta velocidad, máquinas superconductoras y en la aplicación de almacenamiento de energía mediante volante de inercia. Este estudio propone una nueva aplicación del rotor de tipo homopolar. Se ha diseñado y analizado un nuevo variador de velocidad ajustable con un rotor de tipo homopolar (HTR-ASD), que tiene ventajas obvias (sin escobillas, sin imán permanente y sin dispositivo de regulación de flujo mecánico). Su velocidad y par pueden ajustarse solo ajustando la corriente de excitación. En primer lugar, en este estudio, se estudian la estructura, los principios de funcionamiento y el mecanismo de modulación de flujo del HTR-ASD. El rotor de tipo homopolar tiene una estructura de circuito magnético tridimensional especial con el mismo polo. El 3D-FEM se utiliza generalmente para calcular sus parámetros, lo que consume tiempo. En este estudio, se desarrolla un método analítico para resolver este problema. Para calcular analíticamente las características del par, la densidad de flujo magnético en la entrehierro y el parámetro de inductancia del devanado, se investigan el circuito equivalente y la permeancia de la entrehierro para simplificar el análisis. Luego, se calculan los parámetros clave del HTR-ASD. Finalmente, se estudia comparativamente el rendimiento del HTR-ASD utilizando el método analítico y el método de elementos finitos, y se lleva a cabo una comparación de los resultados. La comparación indica que el método analítico está en buen acuerdo con los resultados de la simulación y que es muy útil para el diseño de máquinas con rotor de tipo homopolar. Según el análisis, el variador de velocidad ajustable propuesto muestra un gran rendimiento en relación con las características de funcionamiento de un variador de velocidad mecánico flexible.
Descripción
El uso de un variador de velocidad ajustable magnético es una elección popular en entornos industriales debido a su funcionamiento eficiente, aislamiento de vibraciones, bajo mantenimiento y protección contra sobrecargas. La mayoría de los variadores de velocidad ajustable magnéticos convencionales utilizan diversas formas de imanes permanentes (PMs). Debido a los PMs, este tipo de máquina tiene pérdidas continuas de arrastre en forma de histéresis y corrientes de Foucault inducidas. En los últimos años, el rotor de tipo homopolar se ha utilizado ampliamente en máquinas de alta velocidad, máquinas superconductoras y en la aplicación de almacenamiento de energía mediante volante de inercia. Este estudio propone una nueva aplicación del rotor de tipo homopolar. Se ha diseñado y analizado un nuevo variador de velocidad ajustable con un rotor de tipo homopolar (HTR-ASD), que tiene ventajas obvias (sin escobillas, sin imán permanente y sin dispositivo de regulación de flujo mecánico). Su velocidad y par pueden ajustarse solo ajustando la corriente de excitación. En primer lugar, en este estudio, se estudian la estructura, los principios de funcionamiento y el mecanismo de modulación de flujo del HTR-ASD. El rotor de tipo homopolar tiene una estructura de circuito magnético tridimensional especial con el mismo polo. El 3D-FEM se utiliza generalmente para calcular sus parámetros, lo que consume tiempo. En este estudio, se desarrolla un método analítico para resolver este problema. Para calcular analíticamente las características del par, la densidad de flujo magnético en la entrehierro y el parámetro de inductancia del devanado, se investigan el circuito equivalente y la permeancia de la entrehierro para simplificar el análisis. Luego, se calculan los parámetros clave del HTR-ASD. Finalmente, se estudia comparativamente el rendimiento del HTR-ASD utilizando el método analítico y el método de elementos finitos, y se lleva a cabo una comparación de los resultados. La comparación indica que el método analítico está en buen acuerdo con los resultados de la simulación y que es muy útil para el diseño de máquinas con rotor de tipo homopolar. Según el análisis, el variador de velocidad ajustable propuesto muestra un gran rendimiento en relación con las características de funcionamiento de un variador de velocidad mecánico flexible.