Фон проезда канатной дороги

Специальная среда эксплуатации пассажирских канатных дорог определяет некоторые особые требования к их системам электропривода. Прежде всего, многие канатные дороги построены в высоких горах и холмах с большой высотой или в отдаленных живописных районах вдали от городов с неудобной транспортной развязкой. Природная среда суровая, принадлежности для оборудования неудобно приобретать, а каналы технической поддержки не являются гладкими. Это требует, чтобы оборудование канатной дороги, особенно основные компоненты, такие как приводы двигателей, имели простую конструкцию, сильную адаптивность к окружающей среде, не были легко повреждаемы и удобны в обслуживании. Во-вторых, в зависимости от размера пассажиропотока скорость канатной дороги будет часто меняться во время работы. Поэтому также требуется, чтобы ее управление скоростью было удобным и легко настраиваемым. Кроме того, независимо от разницы высот канатной дороги и того, как меняется нагрузка, она всегда должна поддерживать плавную работу без снижения скорости, что предъявляет высокие требования к производительности регулирования скорости двигателя. Наконец, как средство воздушного пассажирского транспорта, система привода канатной дороги также должна иметь надежное оборудование и отработанную технологию для обеспечения стабильной работы и меньшего количества отказов.

В ранних моторных приводах из-за сложной системы регулирования скорости двигателей переменного тока и того, что производительность регулирования скорости не может быть сопоставима с производительностью двигателей постоянного тока, приводы двигателей постоянного тока в основном используются в приводных приложениях, требующих регулирования скорости, в то время как двигатели переменного тока в основном используются в ситуациях, когда регулирование скорости не требуется. То же самое относится к приводам пассажирских канатных дорог. Небольшие канатные дороги, особенно канатные дороги с фиксированным захватом, в основном не требуют регулирования скорости из-за их низкой рабочей скорости. Даже если требуется регулирование скорости, оно не является требовательным из-за небольшого количества пассажиров и небольших грузов, поэтому в основном используются приводы переменного тока с фиксированной скоростью или приводы регулирования скорости с последовательным резистором переменного тока. Канатные дороги большой грузоподъемности, особенно кольцевые разъемные канатные дороги, требуют частого изменения скорости из-за их высоких рабочих скоростей. В то же время из-за сложного рельефа, больших перепадов высот, большой пассажировместимости и размера нагрузки, который меняется в любое время, к управлению скоростью канатной дороги и производительности регулирования скорости предъявляются более высокие требования, поэтому большинство из них используют системы приводов двигателей постоянного тока.

В последние годы, с развитием современной теории управления, силовой электроники и интеллектуальной технологии управления, а также постоянного улучшения производительности редкоземельных постоянных магнитных материалов в сочетании с преимуществами двигателей переменного тока, такими как простая конструкция, малый размер, малый вес и, по сути, отсутствие необходимости в обслуживании, все чаще используются системы управления скоростью двигателей переменного тока. В частности, применение синхронных двигателей с постоянными магнитами в сочетании с регулированием скорости с переменной частотой не только упрощает конструкцию двигателя, но и производительность регулирования скорости полностью сопоставима с производительностью двигателей первого потока. Таким образом, электропривод крупных отечественных канатных дорог также претерпел эволюционный процесс от доминирования выпрямительного привода двигателя постоянного тока до постепенного внедрения частотно-регулируемого привода асинхронного двигателя переменного тока, пока не появился текущий водно-магнитный синхронный двигатель с переменной частотой.

Структура синхронного двигателя с постоянными магнитами похожа на структуру обычного двигателя переменного тока, в основном включая основание, сердечник статора, обмотку статора, сердечник ротора, постоянный магнит, вал ротора, подшипник и торцевую крышку. Кроме того, обычно имеются вентиляционные отверстия или каналы охлаждающей воды, распределительные коробки и т. д. Особенностью двигателя с постоянными магнитами является то, что в дополнение к сердечнику, валу, подшипнику и т. д. его ротор также имеет постоянные магниты. В поперечном сечении сердечника ротора имеется место для установки постоянных магнитов и валов ротора. Поскольку постоянные магниты генерируют магнитное поле, больше нет необходимости генерировать электромагнитное поле источником питания. После того, как ротор запускается соответствующим способом для вращения, образуется вращающийся магнитный полюс. Под магнитным притяжением вращающегося магнитного поля статора вращающийся магнитный полюс тянется для синхронного вращения и выдачи стабильной механической энергии.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами имеют простые производственные процессы, низкую стоимость, высокую энергоэффективность и коэффициент мощности, небольшие размеры и низкий уровень шума при той же мощности, и в то же время учитывают простую конструкцию двигателей переменного тока и хорошие характеристики регулирования скорости двигателей постоянного тока. Поэтому они широко используются. В частности, в последние годы этот тип синхронных двигателей переменного тока с постоянными магнитами широко используется в канатных дорогах с прямым приводом переменного тока (DD).

Запуск синхронного двигателя с постоянными магнитами

В результате анализа математической модели синхронного двигателя с постоянными магнитами установлено, что между скоростью вращения ротора n (об/мин) и скоростью вращения магнитного поля статора n (об/мин), а также частотой питания статора f (Гц) и числом пар магнитных полюсов P двигателя существует следующая зависимость: n=n,=(60f)/P

Благодаря дальнейшему анализу мы также можем узнать, что электромагнитный момент PMSM стабилен только при синхронной работе. При асинхронной скорости средний электромагнитный момент равен нулю. Во время процесса запуска двигателя скорость ротора увеличивается от нуля, что является асинхронным рабочим состоянием. Поскольку электромагнитный момент равен нулю, ротор не может быть ускорен, поэтому синхронный двигатель не может запуститься сам по себе. Согласно приведенной выше формуле скорости n=n,=(60f)/P, можно увидеть, что скорость связана с частотой питания статора и числом пар полюсов двигателя. Когда число пар полюсов двигателя определено, запуск и регулирование скорости могут быть достигнуты путем изменения частоты питания статора. Устройство, которое может обеспечить это питание переменной частоты, называется частотно-регулируемым приводом (VFD), также известным как инвертор (VVVF).

Прямой привод синхронного двигателя с постоянными магнитами и частотно-регулируемой скоростью

Формулу скорости синхронного двигателя n=（60f）/P можно использовать для расчета, что при числе пар полюсов двигателя P=45 и частоте f=16.5 Гц скорость n=22 об/мин. Для ведущего колеса диаметром D 5.2 м линейная скорость L равна:

L=(πD*n)=(3.14*5.2*22)/60=6m/s

Он как раз соответствует потребности в максимальной скорости движения канатной дороги 6 м/с. Когда частота управления инвертора находится в диапазоне от 0 до 16.5 Гц, канатная дорога может работать со скоростью от 0 до 6 м/с без необходимости использования редуктора для регулировки скорости. Регулирование скорости переменной частоты синхронного двигателя с постоянными магнитами также может полностью удовлетворить требования к низкой скорости и высокому крутящему моменту при запуске. Это также обеспечивает возможность прямого привода переменной частоты синхронного двигателя переменного тока с постоянными магнитами.

Заключение

Благодаря вышеприведенному анализу мы можем видеть, что синхронный двигатель с постоянными магнитами имеет такую ​​же простую структуру, как и обычный двигатель переменного тока, а управление переменной частотой синхронного двигателя имеет такую ​​же превосходную производительность, как и регулирование скорости выпрямления двигателя постоянного тока. В частности, с постоянным улучшением производительности редкоземельных материалов постоянных магнитов магнитные свойства и тепловая стабильность постоянных магнитов могут полностью соответствовать требованиям использования двигателя. Кроме того, синхронный двигатель имеет более сильную устойчивость к возмущениям крутящего момента, чем асинхронный двигатель, и может реагировать относительно быстро. Пока угол мощности двигателя регулируется вовремя, его скорость всегда будет поддерживать синхронную работу скорости, а изменение крутящего момента нагрузки не повлияет на стабильность скорости, что очень подходит для нагрузок с постоянным крутящим моментом, таких как канатные дороги. В то же время наличие постоянного магнитного поля ротора синхронного двигателя позволяет двигателю стабильно работать на чрезвычайно низких частотах, что позволяет двигателю запускаться непосредственно на низкой частоте и работать напрямую без редуктора. Таким образом, можно прогнозировать, что синхронный двигатель с постоянными магнитами и частотно-регулируемым прямым приводом будет все чаще использоваться в пассажирских канатных дорогах с большой нагрузкой.