INVESTIGATION OF THE STARTING CHARACTERISTICS OF THE LSPMSM AS PART OF A FAN INSTALLATION USING VALVE CONTROL

Abstract

Синхронные двигатели с прямым пуском от сети являются хорошей альтернативой асинхронным двигателям в приводе турбомеханизмов, благодаря большей энергоэффективности, но имеют существенный недостаток в виде ограничения максимального момента инерции нагрузочного механизма для обеспечения успешного и надежного запуска. Данный недостаток, в частности, является критичным в приводе центробежных вентиляторов, обладающих массивным стальным импеллером. Длительная работа в асинхронном режиме данного типа электрических двигателей приводит к разрушению обмоток и выводу двигателя из строя. В данном исследовании разработана математическая модель, позволяющая исследовать пусковые характеристики синхронных двигателей с постоянными магнитами или без них и непосредственным питанием от сети в составе вентиляторной установки. Данная математическая модель позволяет оценить величины критического момента инерции и статического момента нагрузки, при достижении которых двигатель с определенными параметрами не может осуществить успешную синхронизацию в процессе пуска. Моделирование проводилось с использованием параметров 0,55 кВт, 1500 об/мин синхронного двигателя с постоянными магнитами и непосредственным питанием от сети с номиналами 0,55 кВт, 1500 об/мин и серийного центробежного вентилятора. Произведено сравнение динамики процессов и результата запуска двигателя в приводе вентилятора, с регулированием расхода воздуха задвижкой и без регулирования. Результаты моделирования показали возможность увеличения максимального момента инерции нагрузки, с которым синхронный двигатель запускается успешно, путем регулирования гидравлической части вентиляторной установки. Выводы данной работы могут быть использованы при подборе электрического двигателя для привода вентиляторных установок и могут способствовать более широкому внедрению энергоэффективных синхронных двигателей с прямым пуском от сети. Line-start synchronous motors are a good alternative to asynchronous motors used in fluid machinery, due to their greater energy efficiency, but have a significant disadvantage of limiting the maximum moment of inertia of the load mechanism to ensure successful and reliable start. In particular, this disadvantage is critical in the drive of centrifugal fans with a massive steel impeller. In this study, a mathematical model has been developed that allows us to examine the starting characteristics of line-start synchronous motors with or without permanent magnets as part of a fan unit. This mathematical model allows us to estimate the critical moment of inertia and the static torque of the load, at which the motor cannot successfully synchronize during start-up. Long-term operation in asynchronous mode for this type of electric motors leads to overheating of the windings and the motor failure. The simulation has been carried out using the parameters of a 0.55 kW, 1500 rpm line-start permanent magnet synchronous motors and a mass-produced centrifugal fan. A comparison of the results of simulation of dynamic and steady processes of the motor start-up in the fan drive with and without air flow control has been carried out. The simulation results show the possibility of increasing the maximum moment of inertia of the load upon successful start-up of the line-stat synchronous motor by adjusting the hydraulic part of the fan unit. The findings of this study can be used when choosing an electric motor to drive centrifugal fans and can contribute to the wider use of energy-efficient line-start synchronous motors.