钕铁硼永磁材料在过热失磁条件下的磁滞损耗测试与分析

以钕铁硼为代表的稀土类永磁材料因其磁性能好、价格低、力学性能好等特点广泛应用于永磁电机,电机中的谐波磁场又会使永磁体产生损耗,严重时会导致永磁体过热失磁,影响到电机的稳定运行。通过设计的永磁综合磁特性测试装置定量施加交流磁场,发现在低频下,饱和充磁的钕铁硼会出现明显的磁滞现象。对钕铁硼材料在过热失磁条件下进行了磁滞损耗的定量测试与磁特性分析,发现过热失磁的钕铁硼会产生明显的磁滞损耗。测试结果表明：永磁体在高温状态下长时间运行时会逐渐失去磁性,永磁体的磁滞损耗会逐渐增加,甚至在一定条件下磁滞损耗会高于涡流损耗。这说明永磁体的磁滞损耗会加速永磁体的失效,而且在某些情况下是失磁的主要原因。     

钕铁硼永磁材料在过热失磁条件下的磁滞损耗测试与分析

以钕铁硼为代表的稀土类永磁材料因其磁性能好、价格低、力学性能好等特点广泛应用于永磁电机,电机中的谐波磁场又会使永磁体产生损耗,严重时会导致永磁体过热失磁,影响到电机的稳定运行。通过设计的永磁综合磁特性测试装置定量施加交流磁场,发现在低频下,饱和充磁的钕铁硼会出现明显的磁滞现象。对钕铁硼材料在过热失磁条件下进行了磁滞损耗的定量测试与磁特性分析,发现过热失磁的钕铁硼会产生明显的磁滞损耗。测试结果表明：永磁体在高温状态下长时间运行时会逐渐失去磁性,永磁体的磁滞损耗会逐渐增加,甚至在一定条件下磁滞损耗会高于涡流损耗。这说明永磁体的磁滞损耗会加速永磁体的失效,而且在某些情况下是失磁的主要原因。     

一种具有抑制匝间短路失磁能力的永磁同步发电机

绕组匝间短路故障是永磁同步发电机(PMSG)最为常见的故障之一,容易造成永磁体的不可逆失磁。为了解决失磁问题,提出了一种具有抑制匝间短路下不可逆失磁能力的特种PMSG。首先介绍了发电机的特殊结构,紧接着通过数学模型推导出抑制失磁的原理。利用Flux软件建立发电机的模型,对发电机在运行过程中突然发生的匝间短路故障进行仿真。以永磁体各点在短路过程中出现的最小磁密值是否低于相应温度下退磁曲线的膝点磁密值为判断依据,分析得到发电机在不同短路故障下永磁体的失磁情况,从而验证了抑制失磁的可行性。     

多磁极式永磁电机的故障机理与损耗分析

永磁体退磁是永磁电机的特有的常见故障,从故障机理的角度去分析其故障产生的原因,并使用Maxwell对电机进行损耗仿真,考虑改变电机尺寸参数,包括定子槽宽、气隙长度和永磁体宽度等因数对永磁体涡流损耗的变化情况,分析尺寸对永磁体涡流损耗的改变趋势,可通过降低损耗,提高效率,降低永磁体的温度,以防永磁体不可逆失磁。     

直驱永磁风力发电机永磁体抗失磁能力分析

稀土永磁电机由于其效率高、转矩密度高、功率密度大、控制性能好等特点被广泛应用于风力发电领域,但是永磁体内的磁场波动与电机内的电流和温度相互影响,有发生不可逆失磁的风险,会影响发电机运行的稳定性。以1.5 MW直驱永磁风力发电机为研究对象,从永磁材料的退磁机理、故障电流对永磁体的影响、涡流损耗、永磁体温升的计算和试验等方面进行分析,为大功率直驱永磁风力发电机的设计提供了参考。     

一种开路形式的永磁饱和型故障电流限制器的温度场稳态分析

永磁饱和型故障电流限制器(PMFCL)具有结构简单、损耗小和运行成本低的特点,具有良好的应用前景。永磁体在高温下会失磁,因此开展PMFCL温度场的计算分析有重要的实际意义。针对一种直线型的PMFCL结构,使用有限元软件进行磁场分析得出铁心在一个周期内的磁感应强度随时间变化的B-t曲线,再根据铁心的B-P曲线计算其损耗,并考虑永磁体的损耗,分析线路正常工作状态和故障状态保持持续的极端情况下永磁饱和型故障电流限制器的稳态温度场,仿真结果发现该新型的限流器的永磁体在线路正常工作状态和故障状态下均处于未失效的磁性状态的温度范围内,从而处于两个稳态中间的故障过渡过程中PMFCL的永磁体满足设计的温度和磁性性能要求,验证了此PMFCL具有很好的磁场热稳定性。     

一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的解析计算方法

针对3D有限元软件计算永磁电机永磁体涡流损耗耗时长,永磁体涡流损耗精确解析模型复杂,参数变量间对应关系不明晰等问题,采用槽口位置的局部解析建模方法,重新建立坐标系,研究与槽口位置对应的永磁体内磁密变化规律,并对磁密波形进行简化分析,提出一种气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的简化解析计算模型,该方法可直观反映出永磁体涡流损耗的主要影响因素,且计算耗时短。利用3D有限元和实验结果对该简化解析模型计算结果进行验证。基于该简化解析模型分析得出影响槽口位置永磁体磁密变化的主要因素为槽口宽度与等效气隙长度之比和槽口宽度与定子齿距之比,进而研究了主要影响因素对气隙磁导谐波引起的永磁体涡流损耗的影响规律,并提出相应的参数优化方法。结果显示,优化后样机永磁体涡流损耗降低了90. 2%,损耗抑制效果十分明显。     

电缆绕组异步化高压发电机对称失磁故障分析及诊断

新型异步化高压发电机兼有异步化发电机和电缆绕组高压发电机的优点,针对其对称失磁故障,建立电缆绕组异步化高压发电机场-路-运动耦合的有限元模型,利用该模型对电缆绕组异步化高压发电机失磁前带不同负载情况下,在超同步、同步、次同步3种运行状态下失磁过程进行分析,探索电缆绕组异步化高压发电机失磁后,转差率与电机失磁前所带有功负荷的关系,得出失磁后进入稳定异步运行后的转差率与电机所带有功负荷比例密切相关。建立基于小波包分析与BP神经网络的失磁故障诊断系统,从对称故障中准确判断故障类型,并快速判断故障点,为尽快排除故障提供基础数据。     

直驱式分数槽集中绕组永磁同步风力发电机永磁体涡流损耗解析计算

永磁同步电机永磁磁动势和电枢反应磁动势作用于磁路在气隙处除产生基波磁场外,还产生各种谐波磁场.气隙处各种谐波磁场相对于永磁体转速不同,相对转速不为零的谐波磁场会在永磁体内部感应出电场产生涡流损耗,引起永磁体发热甚至去磁.从产生涡流损耗原因入手,在二维直角坐标系下建立电磁场方程,得出了永磁体涡流损耗的解析解,并分析涡流损耗与电机参数的关系.对一种直驱式表贴永磁同步风力发电机进行了解析计算,并利用有限元进行了仿真分析,仿真结果表明此方法可行.     

2.5MW高速永磁同步风力发电机防失磁分析

永磁同步发电机因高功率密度、高效率等特点而被广泛应用于风力发电系统,但是永磁体可能出现的失磁问题会危害发电机的安全稳定运行。以2.5 MW高速永磁同步风力发电机为研究对象,从永磁材料的选择、电磁设计、短路电流对永磁体工作点的影响,以及永磁体装配与应用等方面进行防失磁分析,为大功率高速永磁风力发电机的优化设计提供了一些有意义的参考。     

永磁起动/发电机在弱磁条件下磁场与涡流损耗分析

涡流损耗是导致永磁同步电机热退磁的主要原因,同时电动汽车应用场合常处于弱磁状态,对比不同转子结构的永磁同步电机在弱磁状态时的涡流损耗具有研究意义。本文选取内置式V型和双V型两种转子结构的35 kW的永磁同步电机为研究对象,在永磁体用量与分块相同的前提下,建立二维有限元模型,分析不同弱磁条件下的两种转子永磁同步电机磁场变化规律与永磁体涡流损耗之间的关系。结果表明,在相同弱磁条件下,双V型转子结构的电机凸极率大28%,弱磁性能好,永磁体磁体涡流损耗小40%。最后,制作V型转子集成起动/发电机样机,并采用空载反电势压降法进行实验,实验结果与仿真结果趋势相同,验证了仿真分析的有效性。     

永磁体失磁对永磁伺服电机性能的影响研究

永磁体失磁是永磁伺服电机常见故障之一,其失磁程度的不同将会造成电机性能不同程度的改变。以一台12.5 k W卷烟自动化设备永磁伺服电机为例,研究了永磁电机失磁对气隙磁场和电流的影响。基于傅里叶谐波分解理论对电流进行谐波分解,给出了电流谐波随不同永磁体失磁率的变化规律。在此基础之上对电机的功率因数、效率、损耗、最大转矩及其过载能力进行研究,给出了电机不同性能参数随转子永磁体失磁率的变化规律,并进一步揭示了电机失磁对电机性能影响的机理,所得出的结论为进一步研究永磁伺服电机故障容错及其可靠性奠定了一定的基础。     

一种永磁同步电机失磁故障容错预测控制算法

针对永磁同步电机失磁故障导致牵引系统带负载能力降低的问题,提出一种基于磁链在线检测容错预测控制算法。首先,根据永磁同步电机预测控制模型,详细分析了永磁体发生失磁故障对电流控制和电机运行状态的影响。其次,设计了基于滑模变结构的观测器,利用滑模变结构等值控制原理,建立了实时估计永磁体磁链算式。通过永磁体磁链算式,进而计算状态电流观测值。最后,提出了容错预测控制算法。该算法将状态电流观测值作为反馈量输入到容错预测控制器中,以使响应电流准确跟踪给定电流,从而达到容错控制的目的。通过仿真及实验验证,证明了所提算法的可行性和有效性。     

双C型定子横向磁通永磁电机的优化设计

介绍了一种新型横向磁通永磁电机的工作原理,并分析了电机的结构特点。通过Maxwell软件建立该横向磁通永磁电机的三维有限元模型,并对电机在运行状态下的电磁分布进行仿真,计算永磁体涡流损耗平均值。仿真结果显示,定子与转子间气隙存在明显的漏磁现象,对定子形状进行改进来减小漏磁,并通过计算表明,改进后电磁转矩增大了27. 3%;对永磁体涡流损耗进行了分析,提出在转子内侧添加铜层来减小永磁体涡流损耗的方法,并通过设置变量计算出该方案的最佳铜层厚度。     

飞轮储能用高速永磁同步电机损耗分析与优化

飞轮储能由于效率高、无污染等优点得到了广泛应用。作为核心部件,高速永磁同步电机的损耗直接制约着电机转速,进而影响飞轮储能系统的性能。文章给出电机铁耗和永磁体涡流损耗的计算公式,分析两种损耗的影响因素。根据损耗分析给出电机的拓扑结构,介绍电机的绕组形式、极槽配比和转子结构。提出一种新型磁障设置方法,在定子轭部设置空气磁障,引入径向分段和Halbach充磁方式,给出三种新型电机拓扑。有限元仿真结果表明,磁障的设置显著降低了铁耗,但也使得永磁体涡流损耗上升。径向分段和Halbach均能大幅度降低永磁体涡流损耗,将径向分段与磁障相结合是降低损耗的有效方法。减少槽口宽度能降低永磁体涡流损耗,但其取值要综合考虑损耗与加工难度。     

表贴式永磁发电机永磁体涡流损耗研究

永磁体涡流损耗是保证永磁同步发电机温升限度和永磁体性能的重要指标。通过设计一台表贴式外转子永磁同步发电机,利用有限元法研究了极槽配合、气隙长度、槽口宽度和极弧系数对发电机空载和负载时永磁体涡流损耗的影响,特别分析了定子电流谐波含量对永磁体涡流损耗的影响,对减小永磁体涡流损耗有一定的工程指导意义。     

大型永磁风力发电机偏心故障计算与分析

在永磁风力发电机运行过程中偏心故障时有发生,对风电机组安全稳定运行造成系列影响。基于有限元理论,通过Ansoft Maxwell软件建立了1.2 MW永磁风力发电机二维偏心模型。推导了永磁发电机在偏心故障下的气隙磁密和不平衡磁拉力的解析式。采用参数化仿真,对偏心故障下风力发电机定、转子及发电质量所受影响进行了分析,得出发电机在不同偏心程度下气隙磁密、磁拉力、感应电势和损耗的变化规律。     

PWM逆变器供电下非晶永磁电机的损耗分析

为了研究PWM逆变器供电情况下,非晶永磁电机损耗的分布规律,本文分析了考虑加工影响的非晶电机定子铁心损耗的计算方法以及考虑磁导谐波、磁动势谐波和载波谐波的永磁体涡流损耗分离方法。利用有限元方法分析了一台表贴式非晶永磁电机在PWM逆变器供电情况下的损耗分布规律。结果显示,由载波谐波引起的损耗是该电机最主要的损耗分量,约占总损耗的66.0%。     

一种永磁同步电机的失磁故障重构方法研究

针对永磁同步电机存在失磁问题,提出一种基于状态观测器的失磁故障实时检测方法。通过选择磁场同步旋转坐标系下定子电流为状态变量,建立内置式永磁同步电机失磁故障的数学模型。采用两个观测器对永磁体磁链进行实时估计的技术,首先利用龙伯格观测器隔离系统矩阵中电机速度变化对观测器误差方程造成的影响,然后设计滑模变结构观测器,并依据滑模变结构等值控制原理,建立估计永磁体磁链算式。为减少滑模运动的抖动,采用连续函数取代符号函数方法,构造失磁故障重构算法。最后通过仿真验证,证明所提方法的可行性和有效性。     

电动汽车用永磁电机的失磁空间分布特性及影响因素

电动汽车用永磁电机普遍使用的高性能钕铁硼永磁材料在高温、强磁场等条件作用下易发生的不可逆失磁故障已成为该类电机高可靠性设计的主要瓶颈。针对电动汽车用永磁电机的失磁问题,该文利用永磁体虚拟分块方法,建立基于永磁体磁特性参数、工作温度、空间位置等变量的永磁体失磁分析模型;利用电磁场和温度场双向耦合的三维多物理场计算方法,研究了永磁电机失磁的空间分布特性及其影响因素。结果表明,永磁电机失磁空间分布存在明显的不均匀性。永磁体失磁分布规律受其工作温度、退磁电流幅值与角度等因素影响。最后,通过一台115 kW的永磁驱动电机样机在永磁体工作温度、转子表磁磁场分布、电机性能方面的测试,验证了该文所提分析方法和结论的准确性。