永磁同步电机内永磁体退磁研究

摘要

稀土永磁电机由于其效率高、转矩质量比高、功率密度大、控制性能好，且结构简单、运行可靠，因此获得了越来越广泛的应用。但是永磁体磁场波动和退磁与电机内电流、温升以及功角相互影响，导致电机发热和转矩性能变差，严重情况下电机可能报废，限制了永磁电机的应用范围。这也使得永磁体退磁分析正逐步成为人们所关注的科研方向及研究课题。
　　 本文围绕永磁电机的异步起动及稳态运行两种工况，对永磁体的退磁分析方法、退磁风险预估以及局部退磁现象展开研究，主要内容有以下几个方面:
　　 (1)从永磁材料退磁机理出发，对永磁材料的特性与性质做了较为详尽的描述。结合电流、温升、损耗与永磁体退磁的相互影响关系，分析了电机内永磁体的退磁方式与主要退磁原因。
　　 (2)基于电机气隙内磁动势的基波分布，分析了定、转子合成磁动势对于永磁磁场的增磁以及去磁作用。使用路与场两种方法搭建了自起动永磁同步电动机模型，通过综合对比两者的仿真计算结果，分析了转子鼠笼导条磁动势对于定子绕组磁动势的互补屏蔽作用，同时分析了不同负载条件下定转子合成磁场与永磁磁场的夹角和夹角余弦变化情况。
　　 (3)常温时，通过施加不同负载以及参数化设置不同转子起动位置，对自起动永磁同步电动机在起动过程中的退磁规律进行了归纳、分析与总结。
　　 (4)在额定工作温度时，通过电磁转矩-功角特性以及突加不同重载，对永磁同步电机稳态运行以及稳态运行失步时的退磁情况进行了分析。
　　 (5)基于本文中起动与稳态运行中的两个最恶劣工况，结合电机内温升所导致钕铁硼永磁材料的退磁拐点的改变情况，建立了在产生局部退磁后的永磁体模型。根据该模型，对比分析了退磁前后电机内电磁参量值以及电机性能的变化情况，进一步分析了退磁恶化的趋势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 永磁体发展历史

1．2．2 永磁体退磁模型

1．2．3 永磁体退磁分析方法

1．2．4 永磁体退磁检测

1．3 本文主要内容

第2章 永磁体退磁的基本原理

2．1 永磁体性质

2．1．1 永磁材料分类

2．1．2 永磁材料的磁滞现象

2．1．3 永磁材料的退磁曲线与内禀退磁曲线

2．1．4 回复线

2．1．5 永磁材料的拐点和温度特性

2．1．6 NdFeB在不同温度下的磁滞与退磁曲线

2．2 永磁电机内永磁体的退磁方式与原因

2．2．1 退磁方式

2．2．2 退磁原因

2．3 电机内永磁体退磁流程图

2．4 本章小结

第3章 异步起动永磁同步电动机转子绕组的屏蔽作用分析

3．1 电机气隙内的磁动势

3．2 多相绕组磁动势与两相绕组磁动势的变换

3．2．1 转子两相绕组轴线的确定

3．2．2 多相绕组磁动势在两相正交坐标系下的投影

3．2．3 多相绕组磁动势与两相绕组磁动势的等效

3．2．4 三相绕组磁动势与两相绕组磁动势的等效及派克变换矩阵

3．3 异步起动永磁同步电动机转子绕组的屏蔽作用

3．3．1 基于Matlab／Simunnk分析鼠笼式转子结构的屏蔽作用

3．3．2 基于有限元分析鼠笼式转子结构的屏蔽作用

3．4 本章小结

第4章 异步起动过程中退磁分析

4．1 有限元软件MagNet中的退磁预估

4．2 电机中永磁体磁密参考点的选取

4．3 不同位置额定负载起动时最大退磁时刻分析

4．3．1 退磁磁场与永磁体磁密的关系

4．3．2 永磁体磁密与转速的关系

4．3．3 退磁磁场与运行参数变化规律

4．4 不同位置3倍转动惯量负载起动时最大退磁时刻分析

4．4．1 退磋磁场与永磁体磁密的关系

4．4．2 永磁体磁密与转速的关系

4．4．3 退磁磁场与运行参数变化规律

4．5 不同位置空载起动时最大退磁时刻分析

4．5．1 初始位置起动

4．5．2 量大退磁时刻的退磁风险预估

4．5．3 退磁磁场与运行参数变化规律

4．6 起动过程中退磁现象总结

4．7 本章小结

第5章 永磁同步电机稳态运行时退磁分析

5．1 永磁同步电机的相量图及功角的确定

5．2 永磁同步电动机的功角特性

5．2．1 基于路计算功角特性

5．2．2 基于场计算功角特性

5．3 不同负载稳态运行时的退磁情况

5．3．1 稳态电流对磁密的影响

5．3．2 退磁预估

5．4 永磁同步电机失步时退磁分析

5．4．1 不同失步情况对比

5．4．2 去磁磁动势与磁密的变化

5．4．3 退磁预估

5．5 本章小结

第6章 永磁体退磁后的电机性能分析

6．1 考虑温升的起动过程中永磁体局部退磁分析

6．1．1 建立永磁体退磁后的模型

6．1．2 退磁后电机电磁与起动特性比较

6．1．3 退磁恶化趋势分析

6．1．4 小结

6．2 考虑温升的稳态运行时永磁体局部退磁分析

6．2．1 建立永磁体退磁后的模型

6．2．2 退磁前后性能分析

6．2．3 退磁恶化趋势分析

6．2．4 小结

6．3 本章小结

第7章 全文总结

7．1 本文主要工作

7．2 工作展望

参考文献

致谢