Projeto e operação de alta

May 06, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2656 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Um regulador de velocidade de ímã permanente de alta potência é aplicado a uma bomba de água de resfriamento para conservar energia durante a produção de aço em Magang (Group) Holding Co., Ltd. A configuração projetada do regulador de velocidade de ímã permanente de alta potência com uma base móvel é mostrada neste manuscrito, e o redemoinho magnético sob a área de malha diferente entre os eixos acionador e acionado foi simulado. E a estimativa indica que a bomba de água de resfriamento controlada por regulador de velocidade magnética pode economizar energia elétrica em 22%, cerca de 1.756.400 kW·h por ano, em comparação com a bomba tradicional controlada por válvula, e o calor residual gerado por essa configuração é inferior a 5 dez -milésimos da potência do eixo. Enquanto isso, o regulador de velocidade de ímã permanente tem uma vibração muito menor devido a essa forma de não contato entre os eixos acionador e acionado.

Comparado com a caixa de engrenagens tradicional, o regulador de velocidade de ímã permanente, que é baseado no redemoinho magnético devido ao movimento relativo entre o ímã permanente e o condutor, tem várias vantagens, como maior eficiência energética, confiabilidade mais forte, instalação mais fácil, custo mais baixo , e partida suave do motor1,2. A nova tecnologia de velocidade ajustável de imã permanente é utilizada para que o motor controle sua velocidade e economize energia, o que é benéfico para a redução de emissões. Portanto, cada vez mais atenção tem sido dada pelos pesquisadores no campo industrial.

O desenvolvimento do regulador de velocidade de ímã permanente do tipo disco nunca para, desde que foi proposto na década de 19903,4. Nos últimos anos, pesquisas sobre o regulador de velocidade de ímã permanente foram realizadas não apenas nos itens do modelo e simulação para análise básica5,6, mas também na aplicação com melhoria de estrutura na indústria7,8. O método da linha equivalente virtual foi desenvolvido para resolver o efeito final na distribuição do campo magnético na região do entreferro do regulador de velocidade de ímã permanente. Por meio do cálculo da densidade de fluxo do entreferro estático, verificou-se que a função de compensação de efeito final calculada com base no modelo foi altamente consistente com o resultado calculado pelo método dos elementos finitos9. De acordo com o modelo para campo de turbilhão transiente 3D em algumas pesquisas, a substituição do disco de cobre por um disco de alumínio poderia melhorar a estabilidade de controle de velocidade do acoplador magnético permanente10. Um método de modelagem 3D rápido e preciso foi proposto para avaliar o desempenho eletromagnético de máquinas com ímã permanente de fluxo axial sob condições sem carga. Os resultados computados de densidade de campo local, força eletromotriz e torque de engrenagem para o regulador de velocidade do disco concordaram muito bem com as medições experimentais11. Uma nova estratégia de controle de enfraquecimento de fluxo com resposta de corrente transitória rápida é projetada para facilitar a aplicação de controle de enfraquecimento de fluxo em veículos elétricos, e a simulação e os resultados experimentais exibiram que a estratégia proposta poderia alcançar a resposta de torque rápida e também ter a capacidade de reduzir a flutuação do torque do state12 estável. A estrutura do governador de ímã permanente de 250 kW foi avançada para melhorar a condução de calor, garantindo a operação estável e confiável deste equipamento13. O arranjo de Halbach, um tipo especial de arranjo de ímãs permanentes, foi testado no acoplador de ímãs permanentes, e tanto a simulação quanto o teste mostraram maior eficiência no regulador de velocidade axial14,15. Além disso, a matriz de Halbach também foi utilizada nos separadores para melhorar a eficiência da separação16. Pesquisas relativamente sistemáticas sobre regulador de velocidade de ímã permanente também foram mostradas nas referências17,18,19.

Neste manuscrito, é mostrado o regulador de velocidade de ímã permanente de 450 kW usado para resfriar a bomba de água na produção de aço. A estrutura da matriz de pólos N-S é usada neste regulador de velocidade, e o campo magnético e a densidade de corrente no condutor de tração induzido pelo ímã são simulados com base na análise de modelagem de elementos finitos (FEM). Sob o motor, uma base móvel automática controlada por controlador lógico programável (PLC) é utilizada como novidade para ajustar a área de malha e consequentemente redemoinho magnético, alterando a potência de saída do motor para manter o fluxo de água na tubulação. A medição e o cálculo mostram que a bomba de água de resfriamento controlada por regulador magnético de velocidade nesta pesquisa pode economizar energia elétrica em 22%, cerca de 1.756.400 kW·h por ano, em comparação com a bomba controlada por válvula tradicional. Portanto, este tipo de regulador de velocidade de ímã permanente está em uma estrutura compacta (o passo axial é de apenas 25 cm). Além disso, uma redução óbvia da vibração é observada quando o regulador de velocidade de ímã permanente é usado. Enquanto isso, o calor residual na configuração é muito baixo com base na teoria da radiação térmica.