永磁同步电机磁铁缺陷故障的综合分析



永磁同步电机磁铁缺陷故障的综合分析

为了分析永磁同步电机磁铁缺陷故障对定子电流和反电动势的影响，提出一种等效磁路法用于综合分析磁铁缺陷，以及缺陷位置和定子线圈类型对电机参数变化影响。

准确、简单有效的磁场模型是综合分析电机磁铁缺陷影响的前提。等效磁路法具有计算量小、精度高和使用灵活等特点，可获得有磁铁缺陷情况下定子电流和反电动势变化情况。

定子磁链值是分析磁铁缺陷影响的重要变量值。永磁铁缺陷故障会改变气隙磁场密度从而导致电机其它性能参数变化。在电机空载运行工况下，分别在永磁铁无缺陷和有缺陷情况下计算得到定子磁链值并观察这些参数变化情况。为得到定子磁链值，首先计算在每个永磁铁片作用下定子磁链值，然后不断叠加得到整个永磁铁作用下定子磁链值。

永磁同步电机转子永磁铁产生的磁场在定子线圈中产生反电动势，该反电动势是反应永磁铁缺陷故障的最理想变量。为计算得到反电动势，首先使用等效磁路模型计算单个定子线圈的反电动势，然后利用线圈系数和磁系数得到整个定子线圈反电动势值。磁铁缺陷故障带来的影响体现在线圈系数和磁系数中。

磁铁缺陷故障在定子磁链和反电动势中会引发谐波现象，分别研究了在电机不同定子绕组方式和定子磁极数下谐波变化情况。同时，也分别在不同极对数和沟槽数的电机模型下进一步分析磁铁缺陷故障影响。

通过利用有限元软件验证了等效磁路模型的正确性和仿真分析了磁铁缺陷故障影响。为进一步验证软件仿真的正确性，利用一个具有垂直沟槽状破损的转子磁铁在不同转速和转矩作用下试验。试验证明，磁铁缺陷故障会带来明显谐波现象，且低频谐波所占比例较大。相对施加到转子上的不同转矩值，谐波严重程度更取决于转子转速值大小。磁铁破损处的方向和形状对定子电流和反电动势无明显影响。

刊名：Industry Applications IEEE（英）

刊期：2015年第99期

作者：Zafarani M

编译：谢秀磊