พื้นหลังเส้นทางกระเช้าลอยฟ้า

สภาพแวดล้อมการทำงานพิเศษของกระเช้าลอยฟ้าสำหรับผู้โดยสารกำหนดข้อกำหนดพิเศษบางประการสำหรับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า ประการแรก กระเช้าลอยฟ้าจำนวนมากสร้างขึ้นบนภูเขาสูงและเนินเขาที่ระดับความสูงหรือในพื้นที่ที่มีทัศนียภาพอันห่างไกลจากเมืองที่มีการขนส่งที่ไม่สะดวก สภาพแวดล้อมทางธรรมชาตินั้นรุนแรง อุปกรณ์เสริมของอุปกรณ์นั้นไม่สะดวกในการซื้อ และช่องทางการสนับสนุนทางเทคนิคก็ไม่ราบรื่น สิ่งนี้ต้องใช้อุปกรณ์กระเช้าลอยฟ้า โดยเฉพาะส่วนประกอบหลัก เช่น ไดรเวอร์มอเตอร์ ควรมีโครงสร้างที่เรียบง่าย ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้ดี ไม่เสียหายง่าย และบำรุงรักษาสะดวก ประการที่สอง ตามขนาดของการไหลของผู้โดยสาร ความเร็วของกระเช้าลอยฟ้ามักจะเปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงาน ดังนั้น จึงจำเป็นที่การควบคุมความเร็วจะต้องสะดวกและปรับได้ง่าย นอกจากนี้ ไม่ว่าความสูงของกระเช้าจะแตกต่างกันอย่างไรและน้ำหนักจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร ก็ต้องสามารถรักษาการทำงานที่ราบรื่นได้เสมอโดยไม่มีการเลื่อนของความเร็ว ซึ่งทำให้ต้องเรียกร้องประสิทธิภาพในการควบคุมความเร็วของมอเตอร์สูง สุดท้าย ในฐานะเครื่องมือขนส่งผู้โดยสารทางอากาศ ระบบขับเคลื่อนกระเช้าลอยฟ้าจะต้องมีอุปกรณ์ที่เชื่อถือได้และเทคโนโลยีที่ครบถ้วนเพื่อให้การทำงานมีเสถียรภาพและความล้มเหลวน้อยลง

ในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ยุคแรก เนื่องจากระบบควบคุมความเร็วที่ซับซ้อนของมอเตอร์ AC และประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วไม่สามารถเทียบได้กับมอเตอร์ DC จึงทำให้ใช้ไดรฟ์มอเตอร์ DC เป็นหลักในการใช้งานขับเคลื่อนที่ต้องการการควบคุมความเร็ว ในขณะที่มอเตอร์ AC ส่วนใหญ่ใช้ในสถานการณ์ที่ไม่จำเป็นต้องควบคุมความเร็ว เช่นเดียวกับระบบขับเคลื่อนกระเช้าโดยสาร กระเช้าขนาดเล็ก โดยเฉพาะกระเช้าแบบยึดเกาะคงที่ ไม่จำเป็นต้องควบคุมความเร็วเนื่องจากมีความเร็วในการทำงานต่ำ แม้ว่าจะต้องควบคุมความเร็ว แต่ก็ไม่ยุ่งยากเนื่องจากจำนวนผู้โดยสารน้อยและโหลดน้อย จึงใช้ไดรฟ์ความเร็วคงที่ AC หรือไดรฟ์ควบคุมความเร็วตัวต้านทานแบบอนุกรม AC เป็นหลัก กระเช้าที่มีความจุขนาดใหญ่ โดยเฉพาะกระเช้าแบบวงกลมที่ถอดออกได้ ต้องเปลี่ยนความเร็วบ่อยครั้งเนื่องจากมีความเร็วในการทำงานสูง ในขณะเดียวกัน เนื่องจากภูมิประเทศที่ซับซ้อน ความแตกต่างของความสูงที่มาก ความจุผู้โดยสารที่มาก และขนาดโหลดที่เปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา จึงมีข้อกำหนดที่สูงกว่าสำหรับการควบคุมความเร็วและประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วของกระเช้า ดังนั้นส่วนใหญ่จึงใช้ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ DC

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาของทฤษฎีการควบคุมที่ทันสมัย ​​เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง และเทคโนโลยีการควบคุมอัจฉริยะ รวมถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากอย่างต่อเนื่อง ประกอบกับข้อดีของมอเตอร์ AC เช่น โครงสร้างเรียบง่าย ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และแทบไม่ต้องบำรุงรักษา ระบบควบคุมความเร็วของมอเตอร์ AC จึงถูกนำมาใช้เพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรร่วมกับการควบคุมความเร็วความถี่แปรผัน ไม่เพียงทำให้โครงสร้างมอเตอร์เรียบง่ายขึ้นเท่านั้น แต่ยังทำให้ประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วเทียบได้กับมอเตอร์กระแสตรงอย่างสมบูรณ์ ดังนั้น ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าของเคเบิลภายในบ้านขนาดใหญ่จึงได้ผ่านกระบวนการวิวัฒนาการจากการครองตลาดของไดรฟ์เรกติไฟเออร์มอเตอร์ DC ไปจนถึงการนำไดรฟ์ความถี่แปรผันของมอเตอร์อะซิงโครนัส AC มาใช้ทีละน้อย จนกระทั่งปัจจุบัน มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กน้ำที่มีความถี่แปรผันแบบไดรฟ์ตรงได้เกิดขึ้น

โครงสร้างของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรนั้นคล้ายคลึงกับมอเตอร์ AC ทั่วไป โดยประกอบด้วยฐาน แกนสเตเตอร์ ขดลวดสเตเตอร์ แกนโรเตอร์ แม่เหล็กถาวร เพลาโรเตอร์ ตลับลูกปืน และฝาปิดปลาย นอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้วจะมีรูระบายอากาศหรือช่องน้ำหล่อเย็น กล่องต่อสาย ฯลฯ คุณสมบัติพิเศษของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรคือ นอกจากแกน เพลา ตลับลูกปืน ฯลฯ แล้ว โรเตอร์ยังมีแม่เหล็กถาวรอีกด้วย ในพื้นที่ตัดขวางของแกนโรเตอร์จะมีช่องว่างสำหรับการติดตั้งแม่เหล็กถาวรและเพลาโรเตอร์ เนื่องจากแม่เหล็กถาวรสร้างสนามแม่เหล็ก จึงไม่จำเป็นต้องสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยแหล่งจ่ายไฟอีกต่อไป หลังจากโรเตอร์เริ่มทำงานด้วยวิธีที่เหมาะสมในการหมุน ก็จะเกิดขั้วแม่เหล็กหมุนขึ้น ภายใต้แรงดึงแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์ ขั้วแม่เหล็กหมุนจะถูกดึงเพื่อหมุนอย่างซิงโครนัสและส่งพลังงานกลที่เสถียร

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีกระบวนการผลิตที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ ประสิทธิภาพพลังงานและปัจจัยกำลังสูง ขนาดเล็กและเสียงรบกวนต่ำสำหรับความจุเท่ากัน และในเวลาเดียวกันยังคำนึงถึงโครงสร้างที่เรียบง่ายของมอเตอร์ AC และประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วที่ดีของมอเตอร์ DC ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร AC ประเภทนี้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในสายเคเบิลขับเคลื่อนตรง AC (DD)

การสตาร์ทมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

จากการวิเคราะห์แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร เราสามารถทราบได้ว่ามีความสัมพันธ์ต่อไปนี้ระหว่างความเร็วโรเตอร์ n (รอบ/นาที) และความเร็วสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์ n (รอบ/นาที) เช่นเดียวกับความถี่แหล่งจ่ายไฟของสเตเตอร์ f (เฮิรตซ์) และจำนวนคู่ขั้วแม่เหล็ก P ของมอเตอร์: n=n,=(60f)/P

จากการวิเคราะห์เพิ่มเติม เราสามารถทราบได้ว่าแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าของ PMSM นั้นเสถียรก็ต่อเมื่อทำงานแบบซิงโครนัสเท่านั้น ที่ความเร็วอะซิงโครนัส แรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าโดยเฉลี่ยจะเป็นศูนย์ ในระหว่างกระบวนการสตาร์ทมอเตอร์ ความเร็วโรเตอร์จะเพิ่มขึ้นจากศูนย์ ซึ่งเป็นสถานะการทำงานแบบอะซิงโครนัส เนื่องจากแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นศูนย์ จึงไม่สามารถเร่งความเร็วโรเตอร์ได้ ดังนั้นมอเตอร์ซิงโครนัสจึงไม่สามารถสตาร์ทได้ด้วยตัวเอง ตามสูตรความเร็วข้างต้น n=n,=(60f)/P จะเห็นได้ว่าความเร็วสัมพันธ์กับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟสเตเตอร์และจำนวนคู่ขั้วของมอเตอร์ เมื่อกำหนดจำนวนคู่ขั้วของมอเตอร์ได้แล้ว การควบคุมการสตาร์ทและความเร็วสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนความถี่ของแหล่งจ่ายไฟสเตเตอร์ อุปกรณ์ที่สามารถจ่ายพลังงานความถี่แปรผันนี้ได้เรียกว่าไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) หรือเรียกอีกอย่างว่าอินเวอร์เตอร์ (VVVF)

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแบบขับตรงพร้อมระบบควบคุมความเร็วความถี่แปรผัน

สูตรของความเร็วของมอเตอร์ซิงโครนัส n=（60f）/P สามารถนำมาใช้คำนวณได้ว่าเมื่อจำนวนคู่ขั้วมอเตอร์ P=45 และความถี่ f=16.5Hz ความเร็ว n=22r/นาที สำหรับล้อขับเคลื่อนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง D 5.2 เมตร ความเร็วเชิงเส้น L คือ:

L=(πD*n)=(3.14*5.2*22)/60=6m/s

ตอบสนองความต้องการความเร็วสูงสุดของสายเคเบิลที่ 6 เมตร/วินาที เมื่อความถี่ควบคุมของอินเวอร์เตอร์อยู่ระหว่าง 0~16.5Hz สายเคเบิลสามารถทำงานด้วยความเร็วระหว่าง 0~6 เมตร/วินาทีได้โดยไม่ต้องใช้ตัวลดความเร็วเพื่อปรับความเร็ว การควบคุมความเร็วความถี่แปรผันของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรยังสามารถตอบสนองความต้องการความเร็วต่ำและแรงบิดสูงเมื่อเริ่มต้นได้อย่างเต็มที่ นอกจากนี้ยังให้ความเป็นไปได้สำหรับการขับเคลื่อนโดยตรงความถี่แปรผันของมอเตอร์ซิงโครนัส AC แม่เหล็กถาวรอีกด้วย

สรุป

จากการวิเคราะห์ข้างต้น เราจะเห็นได้ว่ามอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีโครงสร้างเรียบง่ายเช่นเดียวกับมอเตอร์ AC ทั่วไป และการควบคุมความถี่แปรผันของมอเตอร์ซิงโครนัสมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเช่นเดียวกับการควบคุมความเร็วการแก้ไขของมอเตอร์ DC โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้วยการปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากอย่างต่อเนื่อง คุณสมบัติทางแม่เหล็กและเสถียรภาพทางความร้อนของแม่เหล็กถาวรสามารถตอบสนองความต้องการของการใช้งานมอเตอร์ได้อย่างเต็มที่ นอกจากนี้ มอเตอร์ซิงโครนัสยังมีความทนทานต่อการรบกวนแรงบิดได้ดีกว่ามอเตอร์อะซิงโครนัสและสามารถตอบสนองได้ค่อนข้างเร็ว ตราบใดที่มุมกำลังของมอเตอร์ได้รับการปรับตามเวลา ความเร็วจะรักษาการทำงานความเร็วซิงโครนัสไว้เสมอ และการเปลี่ยนแปลงแรงบิดของโหลดจะไม่ส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพของความเร็ว ซึ่งเหมาะมากสำหรับโหลดแรงบิดคงที่ เช่น เชือก ในเวลาเดียวกัน การมีอยู่ของสนามแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์มอเตอร์ซิงโครนัสทำให้มอเตอร์ทำงานได้อย่างเสถียรที่ความถี่ต่ำมาก ซึ่งทำให้มอเตอร์สามารถสตาร์ทโดยตรงที่ความถี่ต่ำและขับเคลื่อนโดยตรงโดยไม่ต้องใช้ตัวลด ดังนั้น จึงคาดการณ์ได้ว่ามอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแบบขับเคลื่อนตรงความถี่แปรผันจะถูกนำมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ ในกระเช้าลอยฟ้าโดยสารที่มีภาระบรรทุกขนาดใหญ่