Науковий вісник НГУ

Конфігурація ротора для покращення робочих характеристик СДПМЛП у гірничодобувній галузі

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №3 2024

Останнє оновлення: 08 липня 2024

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1194

Authors:

До Нху И, orcid.org/0000-0001-6395-2875, Ханойський університет гірничої справи та геології, м. Ханой, Соціалістична Республіка В’єтнам

Трінь Б’єн Туй, orcid.org/0009-0006-2427-3515, Ханойський університет гірничої справи та геології, м. Ханой, Соціалістична Республіка В’єтнам; В’єтнамсько-Корейський коледж Куанг Нінь, м. Ха Лонг, Соціалістична Республіка В’єтнам

Ле Ань Туан, orcid.org/0009-0001-8695-7457, Ханойський університет промисловості, м. Ханой, Соціалістична Республіка В’єтнам

Нго Сюан Куонг*, orcid.org/0000-0002-0571-2168, Школа інженерії та технологій, Університет Хюе, м. Туа Тхієн Хюе, Соціалістична Республіка В’єтнам

* Автор-корреспондент  e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024, (3): 079 - 086

https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-3/079

Abstract:

Мета. Аналіз конфігурації ротора синхронного двигуна з постійними магнітами лінійного пуску (СДПМЛП) при використанні 3-стрижневої конструкції магніту у двох варіантах: із розділювальним магнітним сталевим мостом і без нього. Результати цього дослідження дозволяють вибрати відповідну конфігурацію ротора для отримання найкращих пускових характеристик, струму, моменту й ККД. Таким чином, з’явиться можливість заміни високоефективних асинхронних двигунів СДПМЛП на низькоефективні асинхронні двигуни, що використовуються у системах вентиляції й перекачування води, для підвищення енергоефективності в гірничодобувній промисловості.

Методика. У роботі використані аналітичні методи й методи моделювання у програмному забезпеченні Ansys/Maxwell, а також проведені лабораторні випробування для визначення впливу конфігурації ротора на пускові характеристики, робочий струм, коливання крутного моменту та ефективність роботи СДПМЛП в умовах видобутку корисних копалин.

Результати. Модель СДПМЛП була побудована на основі асинхронного двигуна потужністю 15 кВт–3 000 об/хв із двома конфігураціями ротора: із розділювальним магнітним сталевим мостом і без нього. Результати дослідження показують, що коли конфігурація ротора не має розділювального магнітного сталевого моста, СДПМЛП досягає максимальної швидкості за 0,45 секунди, синхронної швидкості 3 000 об/хв приблизно за 0,75 секунди, коливання крутного моменту 23,1 %, коефіцієнту повного гармонійного спотворення струму 14,3 % та ККД 93,3 %. На відміну від цього, коли конструкція ротора має розділювальний магнітний сталевий міст, запуск двигуна є більш складним: синхронна швидкість досягається за 1,14 секунди, пусковий момент нижчий, загальний коефіцієнт повного гармонійного спотворення струму становить 16,1 %, а ККД – 92,5 %.

Наукова новизна. Дослідження конфігурацій ротора СДПМЛП на основі асинхронного двигуна 15 кВт–3 000 об/хв із роздільним магнітним сталевим мостом і без нього. Результати досліджень дозволяють підібрати відповідну конфігурацію ротора для отримання найкращих пускових характеристик, струму, крутного моменту та продуктивності.

Практична значимість. Результати досліджень є важливими науковими рекомендаціями при проєктуванні й виготовленні СДПМЛП для застосування в підземних гірничих виробках з метою підвищення ефективності використання електроенергії в гірничій галузі.

Ключові слова: кінцево-елементний аналіз, асинхронний двигун, лінійний пуск, постійний магніт, конфігурація ротора

References.

1. De Souza, E. (2015). Improving the energy efficiency of mine fan assemblages. Applied Thermal Engineering, 90, 1092-1097. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.04.048.

2. Babu, V., Maity, T., & Prasad, H. (2015). Energy saving techniques for ventilation fans used in underground coal mines – A survey. Journal of Mining Science, 51, 1001-1008. https://doi.org/10.1134/S1062739115050198.

3. Pitis, C., & Livingstone, A. (2004). Energy efficient fans in underground auxiliary ventilation systems. 1^st ICUE International Conference of Industrial and Commercial Use of Energy Proceedings, Cape Town. 103.

4. Yu, B. C., & Shao, L. S. (2022). A Mine Ventilation System Energy Saving Technique Based on an Improved Equilibrium Optimizer. Frontiers in Energy Research, 10, 913817. https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.913817.

5. Zhironkin, S., & Cehlár, M. (2021). Coal mining sustainable development: economics and technological Outlook. Energies, 14(16), 5029. https://doi.org/10.3390/en14165029.

6. Zhou, P., Xu, Y., & Zhang, W. (2023). Design Consideration on a Low-Cost Permanent Magnetization Remanufacturing Method for Low-Efficiency Induction Motors. Energies, 16(17), 6142. https://doi.org/10.3390/en16176142.

7. Do, T. D., Do, Y. N., & Dai, P. D. (2018). A robust suboptimal control system design of chaotic PMSMs. Electrical Engineering, 100(3), 1455-1466. https://doi.org/10.1007/s00202-017-0603-6.

8. Do, N. Y., Do, A. T., Le, A. T., & Luu, V. U. (2022). Design of high-performance explosion proof motor of 3,000 rpm for local exhaust ventilation in underground mining. Version B of Vietnam Journal of Science and Technology, 64(10DB), 43-45. https://doi.org/10.31276/VJST.64(10DB).

9. Mutize, C., & Wang, R. J. (2013). Performance comparison of induction motor and line start PM motor for cooling fan applications, in Proceedings of the 21^st Southern African Universities Power Engineering Conference. 2013: North-West University, Potchefstroom, South Africa, (p. 122-126).

10. Maraaba, L. S., Memon, A. M., Abido, M., & AlHems, L. M. (2021). An efficient acoustic-based diagnosis of inter-turn fault in interior mount LSPMSM. Applied Acoustics, 173, 107661. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2020.107661.

11. Elistratova, V. (2015). Optimal design of line-start permanent magnet synchronous motors of high efficiency. Ecole Centrale de Lille.

12. Li, J., Song, J., & Cho, Y. (2010). High performance line start permanent magnet synchronous motor for pumping system. 2010 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 1308-1313. IEEE. https://doi.org/10.1109/ISIE.2010.5637082.

13. Do, N., Le, T., & Ngo, X. (2022). Effect of Permanent Magnet Structure on The Performance of LSPMSM with a Power of 22 kW and 3000 rpm. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1111(1), 012047. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1111/1/012047.

14. Bo, D., & Bin, X. (2013). Recent research of 2-pole asynchronous start permanent magnet synchronous motors. 2013 International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), 1090-1092. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICEMS.2013.6754406.

15. Le, T. A., Bui, D. H., & Do, N. Y. (2022). Studying effect of proposal permanent magnet configurations on starting speed curve and phase current waveform of line start magnet synchronous motors 15 kw, 3.000 rpm in steady state. The University of Danang – Journal of Science and Technology, 20(7), 8-12.

16. Ganesan, A. U., & Chokkalingam, L. N. (2019). Review on the evolution of technology advancements and applications of line-start synchronous machines. IET electric power applications, 13(1), 1-16. https://doi.org/10.1049/iet-epa.2018.5283.

17. Mingardi, D., Bianchi, N., & Dai Prè, M. (2017). Geometry of line start synchronous motors suitable for various pole combinations. IEEE Transactions on Industry Applications, 53(5), 4360-4367. https://doi.org/10.1109/TIA.2017.2702581.

18. Baka, S., Sashidhar, S., & Fernandes, B. (2018). Multi-barrier two-pole line-start synchronous reluctance motor with high saliency for a bore-well submersible pump. 2018 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), 475-480. https://doi.org/10.1109/ICIT.2018.8352223.

19. Maraaba, L. S., Al-Hamouz, Z. M., Milhem, A. S., & Twaha, S. (2019). Comprehensive parameters identification and dynamic model validation of interior-mount line-start permanent magnet synchronous motors. Machines, 7(1), 4. https://doi.org/10.3390/machines7010004.

20. Chingale, G., & Ugale, R. (2014). Harmonic filter design for line start permanent magnet synchronous motor. 2014 International Conference on Advances in Electrical Engineering (ICAEE), 1-4. https://doi.org/10.1109/ICAEE.2014.6838503.

21. Qiu, H., Zhang, Y., Yang, C., & Yi, R. (2020). Rotor structure with double cage for improved synchronous capability of line-start permanent magnet synchronous motors. Technical Electrodynamics/Tekhnichna Elektrodynamika, (1). https://doi.org/10.15407/techned2020.01.040.

22. Ugale, R. T., & Chaudhari, B. N. (2020). Performance enhancement of line start permanent magnet synchronous motor with a special consequent pole rotor. IEEE Transactions on Energy Conversion, 36(3), 1972-1982. https://doi.org/10.1109/TEC.2020.3038725.

23. Yan, B., Yang, Y., & Wang, X. (2020). Design of a large capacity line-start permanent magnet synchronous motor equipped with hybrid salient rotor. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 68(8), 6662-6671. https://doi.org/10.1109/TIE.2020.3008360.

24. Bala, M. J., Jana, C., Chowdhury, S. K., & Deb, N. K. (2022). Performance analysis of different rotor configuration of LSPMSM for Electric Vehicles. 2022 IEEE Calcutta Conference (CALCON), 223-227. IEEE. https://doi.org/10.1109/CALCON56258.2022.10060046.

25. Baka, S., Sashidhar, S., & Fernandes, B. (2018). Design and optimization of a two-pole line-start ferrite assisted synchronous reluctance motor. 2018 XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM), 131-137. https://doi.org/10.1109/ICELMACH.2018.8507187.

26. Soreshjani, M. H., & Sadoughi, A. (2014). Conceptual comparison of line-start permanent magnet synchronous and induction machines for line-fed of different conditions. Journal of World’s Electrical Engineering Technology, 3(1).

27. Mahmoudi, A., Roshandel, E., Kahourzade, S., Vakilipoor, F., & Drake, S. (2024). Bond graph model of line-start permanent-magnet synchronous motors. Electrical Engineering, 106, 1667-1681. https://doi.org/10.1007/s00202-022-01654-w.

28. Heim, J. W., & Vander Wal, R. L. (2023). NdFeB Permanent Magnet Uses, Projected Growth Rates and Nd Plus Dy Demands across End-Use Sectors through 2050: A Review. Minerals, 13(10), 1274. https://doi.org/10.3390/min13101274.

29. Do, N.Y., & Ngo, X.C. (2022). Effects of Voltage Unbalance on Matrix Converter Induction Motor Drive. International Conference on Engineering Research and Applications, 468-476. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-22200-9_53.

30. Do, N. Y., & Ngo, X. C. (2022). Effect of harmonic components and load carrying factor on the operating mode of induction motor. AIP Conference Proceedings, 2534(1). https://doi.org/10.1063/5.0105148.

31. Do, N. Y., & Ngo, X. C. (2021). Influence of Single-Phase Voltage Loss and Load Carrying Mode on Mine Drainage Pump Motor in Vietnam. Inżynieria Mineralna. https://doi.org/10.29227/IM-2021-02-31.

32. Thuy, T. B., Cuong, N. X., & Do Nhu, Y. (2023). Effect of Permanent Magnet Structure on Working Characteristics of LSPMSM 3000 rpm. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1275(1), 012049. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1275/1/012049.

• < Попередня
• Наступна >