异步起动永磁同步电机非正常工况退磁分析

为了研究异步起动永磁同步电机非正常工况运行时的退磁磁场对永磁体的影响,通过建立有限元模型,计算分析了包括三相突然短路、缺相运行、过载运行、降电压运行、失步运行和堵转运行6种常见非正常工况运行时定子电流、转速和永磁体工作点磁密的变化。结果表明,起动过程电流均大于非正常工况运行时的冲击电流,直接影响了作用在永磁体上的去磁磁动势,定、转子合成磁动势作用在永磁体上,将使得永磁体工作点磁密最小,退磁风险最大。当电机在同步状态运行时,永磁体工作点磁密为恒定的值;当电机在失步状态运行时,转子导条产生感应电流,定子电流和转子导条电流产生的合成磁场使永磁体工作点磁密做周期性波动。     

异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体退磁研究

异步起动永磁同步电动机起动过程中,定转子电流产生的强退磁磁场可能导致永磁体发生不可逆退磁。该文采用二维有限元法,深入研究了W形转子结构异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体的退磁特点,分析了定转子基波磁动势对永磁体工作点的影响,以及永磁体最大退磁点出现的规律。结果表明:电机以不同负载条件及转子初始位置起动时,每个起动过程中永磁体退磁最明显的时刻可能出现在任意转速;随着负载转矩和转动惯量的增大,永磁体退磁最明显时刻的电机转速接近同步速的概率增大,永磁体遇到最严重退磁磁场的概率也将增大。电机正常起动过程中,很可能在永磁体边角位置发生不可逆退磁,位置比较固定且区域面积很小,不会对电机性能产生显著的影响。     

自起动永磁同步电机起动过程电枢反应退磁分析

为了研究自起动永磁同步电机起动过程中电枢反应引起的永磁体退磁,采用场-路-运动耦合的时步有限元法,分析了自起动永磁同步电机起动过程中,电枢同步旋转磁场和转子永磁磁场的相对空间位置角δ与电枢电流幅值对永磁体工作点磁密的影响,得到了不同负载条件下的电枢反应退磁特点.结果表明:当相对位置角δ=π时,电枢磁场对永磁磁场的去磁作用较大,永磁体平均工作点磁密较低,且负载系数越大,永磁体经历δ=π时刻的次数越多,永磁体磁密多次出现较低点,永磁体退磁几率变大;起动过程中随着转速升高,电枢电流幅值减小,在接近同步速的δ=π时刻,永磁体磁密出现最低点,电枢反应退磁较严重.     

转子结构对异步起动铁氧体电机退磁影响研究

异步起动铁氧体永磁辅助磁阻同步电动机在起动过程中定子电流大,铁氧体面临较大的退磁风险,严重影响了电机的正常运行。采用有限元瞬态场的分析方法分析了电枢磁场对永磁体退磁的影响,研究了不同导条及磁钢布置对电机不可逆退磁的作用规律。仿真结果显示,采用交轴转子导条及直轴永磁体的转子结构可大幅降低永磁体不可逆退磁风险;异步起动铁氧体电机和异步起动钕铁硼电机的对比分析表明,该电机结构具有较好的工程价值和应用前景。     

复合转子异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体退磁的研究

复合转子异步起动永磁同步电动机是一种新型的永磁同步电机,它利用实心转子的涡流和铜导条实现自起动能力。为研究其起动过程中永磁体的退磁情况,建立了计及涡流、饱和等因素的有限元模型,分析该种电机起动过程中电机结构参数、起动条件对永磁体最小工作点及平均工作点的影响,并对起动过程中的永磁体退磁规律进行分析。研究发现永磁体的最小工作点与合成磁动势位置有关,当永磁体磁场与定转子合成磁场的夹角为110°、240°左右时,永磁体局部退磁风险大;最大去磁工作点出现在低转速,而不像普通异步起动永磁同步电动机那样出现在接近同步速。合成磁动势直轴分量能够反映永磁体去磁磁场的强弱,负载越重,永磁体的最大去磁平均工作点越低,对应的转速越接近同步速,出现最严重去磁的概率越大。     

匝间短路故障对永磁同步电机失磁的影响

永磁同步电机在不同负载和转速下,相带第一匝短路故障对永磁体失磁影响的研究。首先介绍了电机的设计参数及绕组结构,其次采用有限元法建立了永磁同步电机相带第一匝短路故障模型,再次提取了不同负载和转速下,故障电机去磁磁场、磁密云图分布和永磁体上A点磁密变化波形。结果表明电机负载和转速越大,相带第一匝短路故障对转子永磁体失磁的影响就越大,定子磁饱和也越严重。     

异步起动永磁同步电机起动过程中永磁体的退磁研究

为了研究异步起动永磁同步电机起动过程中永磁体的退磁情况,建立了计及饱和、温度等多种因素影响的时步有限元模型。分析了异步起动永磁同步电机起动过程中,鼠笼式结构转子对永磁磁场的屏蔽作用,以及通过施加不同负载,对永磁体的退磁规律进行了总结归纳。根据定转子合成磁动势对永磁体产生最大退磁时刻的退磁预估场图,重新建立了最恶劣起动过程中退磁后的有限元模型,对比分析了退磁前后电机的起动性能。     

基于三维场-路耦合有限元的盘式无铁心局部退磁分析

由于盘式无铁心永磁无刷直流电动机漏磁系数较大,永磁体容易产生局部退磁,因此准确计算局部退磁是设计安全可靠的盘式无铁心永磁无刷直流电动机的前提。利用Ansoft分析软件,建立了一台六极盘式无铁心永磁无刷直流电动机的三维有限元模型,并搭建了三相六状态的驱动电路,实现了三维磁场与外电路的耦合仿真,能够准确计算动态过程中永磁体各个位置的工作点磁通密度。首先对盘式无铁心永磁无刷直流电动机的空载和带载起动过程进行了瞬态场计算,分析得到不同带载条件下起动过程转速、电磁转矩以及电枢电流等性能。然后计算分析了电动机起动过程中,电枢电流和永磁体单独及综合作用下永磁体工作点磁通密度、三维气隙磁场分布,研究了电枢电流的幅值和相位对永磁体局部退磁的影响。结果表明,带较大负载起动过程中,电枢电流较大,局部退磁较严重,研究结果对进一步优化设计永磁体结构以及预防局部退磁具有重要意义。     

自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的计算与分析

自起动永磁电机起动过程中的退磁磁场可能导致永磁体的不可逆退磁.为分析退磁磁场产生的原因,建立了计及饱和、涡流等多种因素影响的自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的时步有限元模型,并分项计算了永磁体作用、鼠笼异步电机效应及变频永磁发电机效应的影响.计算结果表明,重载起动时,从低速开始,永磁体内就出现波动变化的退磁磁场,并在接近同步速时退磁效应最明显;而空载起动时,退磁磁场仅波动一次,并在0.5倍同步速附近出现较强的退磁效应.由理论分析可知,在转速较低时,永磁体就存在退磁效应,其磁密呈波动变化的根本原因在于鼠笼异步电机效应与变频发电机效应的共同作用.算例计算结果验证了理论分析的正确性.最后通过实验验证了所提有限元计算方法的有效性.     

异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体平均工作点的解析计算

针对采用时步有限元法研究异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体工作点的变化时存在计算时间长、不适合电机设计阶段的快速计算的问题,通过将异步起动永磁同步电动机的动态数学模型和磁路计算模型结合,建立了异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体平均工作点的解析计算模型。利用该解析计算模型计算了3台样机起动过程中永磁体平均工作点的变化,分别得到了电机起动过程中最大退磁磁场出现时的永磁体平均工作点和电机稳定运行时的永磁体平均工作点。通过与有限元法的计算结果作比较,验证了该解析计算模型的准确性,可为该类电机的快速设计提供参考。     

异步起动永磁电机最大去磁工作点计算新方法及抗退磁新结构

异步起动永磁同步电机(LSPMSM)最大去磁工作点发生在起动过程中,采用传统磁路分析法未考虑电机内瞬态磁场分布情况。提出最大去磁工作点计算新方法,可准确计及饱和、集肤效应等多种非线性因素。该方法一方面基于场-路-运动耦合时步有限元模型仿真实际起动状况,确定起动过程中最容易发生去磁的永磁体局部单元位置,并将该单元作为考核单元,揭示瞬态退磁磁场与转速之间的关系;另一方面通过给定转子转速的时步有限元模型计算堵转到同步速一系列转速下稳态运行时的退磁磁场,最终得到同步速退磁磁场作用下永磁体考核单元位置的工作点,即为LSPMSM设计校核用的最大去磁工作点。在此基础上,针对一台22 k W样机进行抗退磁能力分析,并提出一种有效提高电机抗退磁能力的复合材料转子新结构。最后通过设计磁场实时测量系统得到某台实验电机起动过程中永磁体工作点,验证了所提方法的有效性。     

永磁同步发电机三相突然短路过渡过程的分析

三相突然短路是对电机有严重危害的过渡过程。文章从分析三相突然短路时电枢绕组的磁链变化出发,给出了永磁同步发电机三相突然短路时短路电流的计算方法、三相突然短路时永磁体的最大去磁校核计算式,为永磁同步发电机的可靠性设计提供依据。     

故障状态下同步电机永磁体磁性能的有限元分析

对于永磁电机而言,故障状态下的外部退磁磁场对永磁体磁性能的影响,一直是影响永磁电机设计的关键之一.利用场路耦合时步有限元法,建立合理有效的数学模型来模拟故障状态下永磁电机的运行,并且计算额定状态到故障状态过程中,永磁体内部单元的最小径向磁密的变化情况,通过最小径向磁密的大小来判定该故障状态下永磁体能否出现不可逆退磁,以此来指导电机设计.     

MW级高速永磁风力发电机高温短路时永磁体失磁研究

针对一台5 MW高速永磁风力发电机,选取永磁体容易发生失磁的高温及短路工况,对永磁发电机的负载和三相突然短路进行数字仿真.根据仿真结果研究了永磁风力发电机的工作温度对风力发电机负载输出参数,以及三相突然短路时永磁体抗去磁能力的影响.在分析过程中结合了钕铁硼(NdFeB)磁钢的测试参数,使计算结果更加准确.所得结论对大功率高速永磁风力发电机的设计和运用具有参考意义.     

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。     

新型直驱永磁风力发电机电磁场数值分析

以新型直驱永磁风力发电机为研究对象,在完成采用XLPE高压电缆作为定子绕组的1.5 MW/10.5kV内转子新型直驱永磁风力发电机电磁设计的基础上,在Ansoft Maxwell环境下建立发电机二维模型,对发电机各个工况下的电磁场进行有限元仿真与分析,包括静态空载、额定负载、不对称短路故障情况,对发电机永磁体在出线端突然三相短路时受冲击电流影响是否会发生局部失磁进行分析,验证新型永磁风力发电机电磁设计的可行性。结果表明,新型风力发电机与传统永磁风力发电机电磁场分布规律一致,且其额定电压高,绕组电流密度较小,额定负载与单相短路情况下永磁体磁场受电枢磁场影响较小,铜耗和铁耗也较小,同时在极端短路情况下永磁体局部不会出现永久性退磁,设计方案可行。     

表贴式高速永磁同步电机失磁故障及磁体选区渗重稀土研究

针对表贴式高速永磁同步电机永磁体在受到高温、强退磁磁场等因素影响易产生局部不可逆失磁故障问题,本文基于有限元分析方法,分别建立了一台24 kW表贴式高速永磁同步电机的二维和三维仿真计算模型,在计及该电机在各类不同的退磁因素作用下,确定了电机磁体发生局部不可逆失磁故障的位置,并预测了磁体的进一步失磁扩散趋势。对比了电机在有无失磁故障情况下的空载气隙磁密和反电动势,并研究磁体不可逆失磁故障对电机运行的影响。由于永磁体易在部分区域发生不可逆失磁,故本文将磁体材料更换为较低牌号,并运用选区渗重稀土技术改善易失磁区域材料特性来提升磁体整体抗失磁能力。在此基础上,探究了更为合理的重稀土渗入区域及渗入梯度,从而保证在不失电机性能的前提下,实现了重稀土元素的极限应用,为表贴式永磁电机磁体选区渗重稀土技术提供了参考。     

不均匀气隙结构的异步起动永磁同步电机设计

针对异步起动永磁同步电机气隙磁场谐波复杂,而导致的铁心损耗大、电磁噪声高、转矩脉动强烈等不利问题,提出了电机气隙长度不均匀的方法,用以减小气隙磁场谐波,进而减小电机铁心损耗、降低电机电磁噪声、抑制转矩脉动,计算并校验了电机永磁体的最大去磁工作点。有限元仿真表明,所提出的不均匀结构电机的气隙磁场谐波大幅下降,电机转矩脉动得到有效地抑制;电机在额定转矩、三倍转子转动惯量负载的情况下,满足异步起动能力;起动过程中永磁体在最强退磁点的剩磁也符合设计要求。     

新型6/8变极起动永磁同步电动机绕组切换动态过程的研究

基于一种新型6/8变极起动永磁同步电动机,对其6、8极绕组切换过程及不同切换时机对电机的影响进行研究分析。建立双极数动态仿真模型,分别对不同转速、转动惯量、负载转矩、转子电阻、切换时8极绕组感应电动势和外加电源相位差等情况下6、8极切换过程动态行为进行分析,研究不同状态切换时对冲击电流、转速波动、冲击转矩及牵入同步的影响;建立二维瞬态有限元模型,对8极绕组感应电动势和外加电源电压差相同、转速不同以及电压差不同、转速相同切换时永磁体的退磁规律进行研究。结果表明,切换时的转速和相位差对切换后电机影响较大,尤其是切换时的相位差,在一定范围内,相位差越大,转速波动、冲击电流和冲击转矩越大,永磁体退磁越严重。     

永磁电机微机综合测试系统

为测试永磁同步电机的动态性能和抗退磁能力,开发了基于虚拟仪器的永磁电机综合测试系统。该系统以LabVIEW为上位机软件平台,结合工控机、单片机、I/O控制卡及多种电力电子、微电子器件,实现了整个测试过程的自动控制。除了能得到传统空载、负载及堵转特性并自动生成试验报表外,系统还能通过对动态过程实时数据的分析,得到永磁电机的牵入转矩、失步转矩、齿槽转矩、空载感应电势等参数。此外,测试系统还能模拟永磁电机在运行过程中可能遇到的重负荷多次起动、过载失步、重合闸等容易引起退磁的非正常运行状况,用以考核其抗退磁能力。现场运行一年多的实践显示,该系统可以满足永磁电机出厂试验、型式试验及新产品开发研究所必需的各种测试要求。