永磁同步电动机失磁故障电磁参数分析
简述永磁同步电机失磁解决方法和防备措施
简述永磁同步电机失磁解决方法和防备措施摘要：一、永磁同步电机失磁的定义及危害二、永磁同步电机失磁的原因1.电机本身问题2.控制系统故障3.供电系统问题4.负载变化三、永磁同步电机失磁的解决方法1.检查电机本身2.维修或更换控制系统3.优化供电系统4.调整负载四、永磁同步电机失磁的预防措施1.选购高质量电机2.定期维护电机和控制系统3.确保供电稳定4.合理分配负载正文：永磁同步电机失磁是指电机在运行过程中失去磁力，导致电机无法正常工作。
失磁现象对电机的运行性能和设备安全造成极大危害，可能导致电机过热、损坏甚至引发火灾等事故。
因此，及时解决失磁问题至关重要。
本文将对永磁同步电机失磁的解决方法和防备措施进行详细探讨。
一、永磁同步电机失磁的定义及危害永磁同步电机失磁是指电机在运行过程中，由于各种原因导致磁场强度不足或磁场失稳，使电机转子与定子之间的磁场作用减弱或消失。
失磁现象会对电机性能产生严重影响，如转速不稳定、输出功率下降、噪音增大等。
长期运行失磁电机可能导致设备损坏、安全隐患等问题。
二、永磁同步电机失磁的原因1.电机本身问题：电机生产质量不佳、磁钢性能下降、轴承磨损等原因可能导致失磁。
2.控制系统故障：控制器故障、传感器失灵、线路老化等问题可能导致电机失磁。
3.供电系统问题：电源电压不稳定、供电线路老化、谐波干扰等因素可能影响电机磁场。
4.负载变化：负载过大或过小，可能导致电机磁场不稳定，进而引发失磁。
三、永磁同步电机失磁的解决方法1.检查电机本身：检查磁钢、轴承等关键部件是否存在问题，及时更换磨损部件。
2.维修或更换控制系统：对故障的控制器和传感器进行维修或更换，确保电机控制系统正常运行。
3.优化供电系统：检查供电线路，排除老化、短路等问题，提高电源电压稳定性。
4.调整负载：合理分配负载，避免长时间过载或欠载运行电机。
四、永磁同步电机失磁的预防措施1.选购高质量电机：购买时注重电机品牌和质量，确保电机本身不存在问题。
永磁同步电机内永磁体退磁分析
永磁同步电机内永磁体退磁分析摘要随着国内科技水平的逐渐提高，对于稀土永磁电机的应用也越来越广泛，相比于传统的电励磁电机相比结构更为简单，从整体上减少了应用过程中的加工和装配产生的费用，效率高控制性能也较强。
研究与开发高性能的稀土永磁电机能够有效促进国内生产发展，而研究的重点和难点就在永磁磁场的波动与永磁体失磁的问题。
关键词永磁电机；退磁；原理近年来国内经济科技的迅猛发展使得很多新兴机械应用于生产工作中，稀土永磁电机就是其中一例。
稀土永磁电机的效率高、功率密度大，且具有良好的控制性能，相比于老式的电机结构更加简单明了，运行也十分稳定。
随着应用和研究的不断深入，人们发现永磁体存在磁场波动和退磁的问题，直接影响了永磁电机的应用和运行。
另外，随着永磁体退磁，磁体内部与电机内的电流和升温以及功角存在相互影响的现象，一旦发展没有得到遏制，就会直接影响电机内部使其发热和破坏转矩的性能，这种情况下，电机一旦应用不当或者是管理存在漏洞没能及时发现问题，电机就会直接报废。
因而分析永磁体退磁对于永磁体电机的应用于发展具有重要的意义。
1 永磁体的性质概述简单来说，永磁体实际上就是一种通过外部的磁场饱和或者进行充磁之后能够保持其磁性和磁力的一种磁性功能材料，这种材料具有一定的稳定性，后期对于外部的能量需求较少并且能够持续且较为稳定的提供磁场，因而也被称之为硬磁材料。
这种材料的具体分支十分庞大，根据其制造方式与磁体内部组成成分之间的差异，可以分为铸造永磁体、烧结永磁体、可加工永磁体和黏结永磁体。
其中烧结永磁体根据成分可分为铁氧体和金属磁体，可加工永磁体可分为锰铝碳永磁和铜镍铁永磁等五种类型。
可以说是选择非常丰富的磁性材料了，应用方面相当广泛。
对于永磁电机而言，组成磁极的永磁材料是至关重要的，这种材料的磁性能直接关系着永磁电机的各项素质。
例如电机内部的磁路尺寸，电机的整体体积以及相关的功能指标都与电机内部的磁性材料密切相关，甚至影响的着电机的运行效果和运行特性。
基于仿真模型的永磁同步电机失磁故障性能分析
基于仿真模型的永磁同步电机失磁故障性能分析杨存祥;刘树博;张志艳【摘要】For performance analysis of permanent magnet synchronous motor (PMSM) under demagnetization falut,a simulation model of PMSM was established on the Matlab/Simulink platform based the mathematical model of PMSM.Through changing the flux linkage to simulate demagnetization fault,with PMSM magnetic chain as input parameters,the model simulated the permanent magnet demagnetization fault through changing the parameters,and set up the operation condition to simulate.The characteristics of the torque,rotational speed and stator current of the PMSM were obtained by the simulation.The simulation results showed that with the increase of the demagnetization degree,the output torque were smaller,the fluctuation of output torque and rotational speed increased,the motor starting time was extended,the stator current gradually decreased,and the system convergence performance became worse.When the degree of demagnetization reached more than 50％,the motor could not enter the stable operation state.%为进行永磁同步电机(PMSM)失磁故障性能分析,在建立PMSM数学模型的基础上,搭建了基于Matlab/Simulink平台的PMSM仿真模型.该模型以PMSM磁链为输入参数,通过改变此参数来模拟永磁体失磁故障,设置运行工况进行仿真,得到了PMSM正常工作和发生不同程度失磁故障时的转矩、转速和定子电流等参数特性.仿真结果表明:随着失磁程度的增加,PMSM输出转矩越来越小、波动增大,转速波动增大,电机起动时间延长,定子电流逐渐减小,系统收敛性能越来越差;当失磁程度达到50％以上,电机已无法进入稳定运行状态.【期刊名称】《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(032)006【总页数】6页(P88-93)【关键词】永磁同步电机;失磁故障;输出转矩;收敛性能【作者】杨存祥;刘树博;张志艳【作者单位】郑州轻工业学院电气信息工程学院,河南郑州450002;郑州轻工业学院电气信息工程学院,河南郑州450002;河南省科学院同位素研究所有限责任公司,河南郑州450015;郑州轻工业学院电气信息工程学院,河南郑州450002【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机PMSM(permanent magnet synchronous motor)用永磁体代替了励磁绕组，避免励磁绕组的损耗，提高了其运行效率，同时改变了转子结构，使得转子的体积变小,与其他电机相比，具有效率高、功率密度高、转子结构灵活多样、体积小、重量轻、噪音低、起动转矩大等优点.因此，PMSM被广泛应用于电动汽车行业、军工行业和航天航空行业等[1-2].PMSM在恶劣环境和复杂工况下容易发生故障，其类型大致分为两类：一类是电磁类故障，包括定子匝间短路故障和转子失磁故障；另一类是机械类故障，包括转子偏心故障和轴承损坏故障.PMSM在运行中受到电磁干扰、热量辐射等复杂环境的影响，永磁体容易发生不可逆失磁故障，导致PMSM性能指标下降、发热，严重时PMSM可能失控和报废[3-7].目前针对永磁体发生失磁故障的研究，多是根据永磁材料的退磁曲线[8-11]建立PMSM失磁故障有限元磁模型，提取其仿真结果参数，研究对电机运行性能的影响及其故障诊断方法；而对基于Matlab建立的失磁故障模型的研究较少.文献[12]提出了PMSM在abc坐标系下的建模及故障仿真，并对定子绕组匝间短路和定子绕组匝间开路进行了研究；文献[13]将PMSM电机本体数学模型在Matlab中进行仿真,验证了PMSMd/q模型的正确性.基于此，本文拟建立以反映永磁体性能强弱的链参数为输入参数的Matlab/Simulink PMSM仿真模型，通过改变输入参数，模拟不同失磁故障状态下PMSM的运行状况，得到正常运行和发生不同程度失磁时的输出转矩、转速和定子电流，以期了解永磁体失磁对PMSM 性能的影响，为失磁故障的诊断提供依据.设转子按照逆时针方向旋转，取永磁体磁场轴线方向为d轴，q轴沿着旋转方向超前于d轴90°电角度，dq坐标系的旋转速度为转子速度[1].不考虑零轴分量时，按惯例列写电机瞬态方程电压方程为式中：ud为定子直轴电压，R1为定子绕组的相电阻，id为定子直轴绕组电流，ωr为转子电角速度，Ψd和Ψq分别为定子直轴、交轴的磁链，uq为定子交轴电压，iq为定子交轴绕组电流，u2d为转子直轴电压，R2d为转子直轴的电阻，i2d 为定子直轴绕组电流，Ψ2d为转子直轴的磁链，u2q为转子交轴电压，R2q为转子交轴的电阻，i2q为定子交轴绕组电流，Ψ2q为转子交轴的磁链.磁链方程为式中，Ld为定子直轴同步电感，Lad为直轴电枢反应电感绕组的电感，Ψf为永磁体磁链幅值，Lq为定子交轴同步电感，Laq为交轴电枢反应电感绕组的电感，Lad和L2q分别为转子直轴、交轴绕组的电感.通过虚位移法和park变换后求得的电磁转矩方程为忽略铁耗和杂散损耗,转子机械运动方程为式中，TL为负载转矩，J为电机的总转动惯量.本文所研究的PMSM可用于纯电动汽车，其额定转速为3000 r/min，额定功率为42 kW，额定电压为375 V，额定转矩为100 N·m，磁极对数为4，永磁体为内置V型结构，定子槽数为48，双层绕组结构.在Matlab 2014a的Simulink环境下，利用SimPowerSystem丰富的模块库，在分析PMSM数学模型和坐标变换的基础上，建立了PMSM仿真模型，框图如图1所示，其内部模块的连接方式如图2所示.PMSM仿真参数设置为电机极对数p=4,Ψf=0.175 Wb，J=0.000 8 kg·m2，定子电阻Rs=2.875 Ω，L=0.008 5 H.磁链参数的大小表示永磁体运行状态，通过改变PMSM仿真模型中磁链的大小可以实现PMSM不同失磁状况的模拟，从而得到失磁程度对PMSM性能的影响.在额定负载运行状态，改变磁链参数的大小，使其分别为Ψf,0.75Ψf,0.5Ψf,0.25Ψf，以模拟PMSM正常工作、25%失磁、50%失磁、75%失磁4种不同状况，对PMSM正常及不同程度失磁故障时的输出转矩、转速和定子电流进行分析.输出转矩，简单地说就是输出转动的力量大小，是PMSM的主要指数之一，它反映在电动汽车的加速度、爬坡能力和悬挂等性能上.电动汽车运行过程中的输出转矩发生变化，会对电动汽车造成很大影响.对PMSM施加三相正弦电压激励，按额定状态设置空载反电动势和转速参数，仿真PMSM正常运行状态；改变额定空载反电动势的大小，使其磁链按25%，50%和75%发生改变，用以模拟不同程度的失磁故障.PMSM正常工作及不同程度失磁故障工况下的输出转矩如图3所示.从图3可以看出，随着失磁程度的增加，PMSM进入稳态的时间越来越长，进入稳态前的波动越来越大；0.5 s时刻的转矩数据表明，随着失磁程度的增加，输出转矩随之变小；但当失磁程度达到50%和75%时，明显可以看出输出转矩很难稳定下来，表明PMSM发生50%失磁故障时，电机已失去了运行的稳定性.电机的起动性能是电动汽车正常运行应具备的重要性能之一.电动汽车在起步、中途临时停车后重新起步时，都需起动电机.如果电机的起动性能不佳，就会直接影响电动汽车的使用.电机起动需要足够的电动转速，PMSM运行在正常状态、25%失磁、50%失磁和75%失磁故障状态时，其输出转速随时间变化如图4所示.从图4可以看出，随着失磁程度的增加，电机从起动到稳定在(额定转速±1)r/min范围内的时间越来越长，转速波动也随着失磁程度的增大而增加，失磁程度达到50%以上时，电机转速已不再稳定.对于交流电机而言,定子、转子磁链都是中间量，真正决定其性能的是在空间产生的磁势(电流)，现在PMSM故障诊断中，多以定子电流为研究对象.PMSM运行在正常状态、25%失磁、50%失磁和75%失磁故障时，其定子A相电流随时间变化如图5所示.从图5可以看出，随着失磁程度的增加，A相电流进入稳态前的波动越来越大，稳态运行时的畸变率也越来越大，基波电流越来越小；当永磁体失磁程度达到50%以上时，输出的定子电流不再是幅值恒定的正弦波.B相和C相电流变化趋势与A相电流一致，故不再赘述.本文基于Matlab/Simulink软件平台，通过改变磁链参数模拟不同的失磁状态，对PMSM失磁故障性能进行研究.选取不同运行状态时的转矩、转速和定子电流作为分析参数，对PMSM正常及不同失磁故障状态的仿真结果进行对比分析，结果表明：随着失磁程度的增加，PMSM进入稳定时间延长，输出转矩变小，波动增大；转速波动增大，电机起动时间延长；定子电流随着失磁程度增加逐渐减小，进入稳态运行时间变长，稳态运行畸变率增大.当PMSM失磁程度达到50%以上时，电机已不能进入稳定运行状态.采用Matlab/Simulink的PMSM失磁故障仿真方法，是以数学方程为基础的一种基于路模型的分析方法，虽然其运算速度快，且能定性得到失磁故障对PMSM 性能参数的影响，但并不能明确区分模拟的是均匀失磁故障还是局部失磁故障，以及失磁故障的部位所在，仅能从总体反映出失磁故障对PMSM性能的影响，这将是今后研究工作中需要解决的问题.【相关文献】[1] 王秀和.永磁电机[M].北京:中国电力出版社，2007：7-8．[2] 王鑫,李伟力,程树康.永磁同步电动机发展展望[J].微电机,2007,40(5)：69.[3] RAJAGOPALAN S, ROUX W L,HABETLER T G,et al.Dynamic eccentricity and demagnetized rotor magnet detection in trapezoidal flux(brushless DC)motors operating under different load conditions[J].IEEE Transaction on Power Electron,2007,22(5):2061. 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永磁同步电机失磁故障检测相关阐述
永磁同步电机失磁故障检测相关阐述摘要：随着科学技术的发展，永磁电机作为现阶段常见的电机类型之一，在保证电机作业质量的基础上加快电机作业效率，是现阶段社会发展的关键技术之一。
而在实际作业环节，永磁电机作为借助磁力发挥功能的设备，很容易出现失磁状况，失磁会导致电机中的磁力丧失，严重影响永磁电机的作业状况，实际发展过程中就需要相关人员结合永磁电机的特点对失磁原因进行研究，并且及时地对故障进行检测，以保证永磁同步电机功能的正常发挥。
关键词：永磁同步电机；失磁；原因；检测手段永磁同步电机作为先进技术的产物，具有效率较高、能量密度较为集中而且结构设计较为简单的特点，所以该技术应用十分广泛，已经覆盖到诸多工业领域。
然而实际运用环节，永磁同步电机作业环节很容易受到温度变化、电枢反应以及设备振动等方面的影响出现失磁状况，从而影响电机功能的顺利发挥。
在此背景下，针对永磁同步电机的失磁故障研究就成为相关行业发展的要点，要求专业的技术人员结合永磁同步电机的作业实际对失磁状况的原因以及影响进行研究，并且结合相关数据进行故障检测，及时地发现并对失磁状况进行检测，尽可能地规避失磁对电机产生的影响。
本文就基于专业的技术软件对调速永磁同步电机进行建模仿真，借助计算机分析失磁故障状态下电机状况，从而实现对电机失磁故障的检测，方便对电机进行质量保证。
一、永磁同步电机失磁故障概述（一）概念永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。
一般而言，永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。
失磁故障则是指发电机的转子失去励磁电流的状况，发电机失磁后，引起发电机失步，将在转子的阻尼绕组、转子表面、转子绕组中产生差频电流，引起附加温升，可能引起转子局部高温，产生严重过热现象，危及转子安全【1】。
电梯永磁同步曳引机的失磁原因分析
全防护工作，比如防震、防雨、防潮处理；其次，做好环境突 变情况下的应急演练，在环境突变的情况下，及时清理负载， 暂定电梯的工作状态。
3.2 严格按照操作流程维护 在进行电梯维护的时候，维护人员一定要严格按照操作流 程维护，减少电梯之间和其他设备对所维护电梯的磁场干扰， 从而减少接触性或者感应性失磁的机会。维护人员还要定期依 照操作流程对电机表面的锈蚀进行处理，防止由于锈蚀过多造 成的消磁。 3.3 设计环节加强测试力度 为了尽可能地防止自身设计缺陷和自身材料缺陷造成的消 磁，要求曳引机设计者在设计时，对电磁方案充分验证，对磁 体的配方进行优化，对磁体的加工工艺优化调整，同时加强测 试力度，提高测试要求，尽量提高设计的科学性。
1 电梯永磁同步曳引机概述 1.1 电梯永磁同步曳引机概念 电梯永磁同步曳引机，俗称无减速箱传动器。它安装在电
梯机房内或电梯井道内，一般在建筑物顶层之上或井道内部， 是电梯的动力装置。永磁同步曳引机，由主机直接带动绳轮， 无减速箱装置。永磁同步曳引机是将无轴承技术运用到永磁同 步曳引机上的新型无轴承电动机。
2.3 设备老化原因 电梯的设计寿命一般是15年，如果正常维护，或许能达到 使用寿命年限，如果维护不当或者违规操作，那么就会导致永 磁同步曳引机失磁从而加剧老化报废的速度。维护不当是指在 维护过程中由于操作不当导致多部电梯的曳引机磁场发生相互 干扰或者曳引机设备与其他设备的磁场发生干扰从而加速设备 老化而失磁；违规操作是指维护人员没有按照操作指引要求对 曳引机进行维护从而导致曳引机设备快速老化（比如锈蚀、线 圈短路等）而失磁。 2.4 运行故障原因 运行故障原因有很多，比如短路、断路、电压不稳定、运 行过载等等导致的消磁。而在设计过程中，曳引机一般都会设 有短路保护、短路保护、稳压器保护，所以前三种运行故障导 致失磁的概率相对偏低，下面主要分析运行过载导致的消磁。 电梯在运行过程中，经常面临超载，比如客梯用作货梯、客梯 严重超员等等，如果超载，多余的载荷就会转移到曳引机机体 上进而导致曳引机机体电流激增形成冲击电流，永磁体在冲击 电流的作用下造成失磁。
同步电动机失磁问题的探讨百度
空压机同步电机失磁的分析和处理摘要：失磁问题对于同步电动机而言伤害是十分巨大的，由于我是初次遇到同步电动机的失磁问题，因此对这种现象并不是非常了解，所以在这里探讨一下同步电动机失磁的具体解决办法。
同步电动机失磁的通常现象，同步电动机定子电流以额定电流的3-5倍增长，转速急剧降低，考虑是异步电动机并且转子回路开路。
这样电机的状态为电机转速急剧下降，电机定子电流急剧上升，对同步电动机的损害十分严重。
一、前言我厂2002年建成投产的空分（即15000m3／h 制氧机）为炼钢生产发挥了巨大的作用。
该制氧机的安全稳定运行对炼钢生产影响很大。
离心空压机是制氧机配套的关键设备，担负着向空分提供原料压缩空气的重要生产任务，空压机能否连续安全稳定生产，直接关系着空分氧、氮、氩乃至炼钢和炼铁的稳产高产。
因此，确保空压机完好率显得尤其重要。
H700型离心压缩机主要技术参数如下：型号：3MSGE---25/15型离心空压机：进口容积流量：78000m3/min 1-2级转子转速：9560r/min 进口压力：0.093MPa(绝压) 3级转子转速:12084 r/min排出压力: 0.62 MPa(绝压) 大齿轮转速：1500 r/min轴功率：6431kw配套电机二、问题的发生2009年4月3MSGE---25/15型空压机因高压电事故非正常停机，到现场检查发现压缩机联轴器的电机侧膜片处由于承受过载，高温熔断损坏特别严重，电机地脚定位销变形，而且电机位移达10mm左右，此时空压机主电机还在以3000r/min的转速进行运转，现场紧急停车按钮失去作用，到高压室内19号运行柜上紧急停车按钮失去作用，当时看到电流值在100A左右，就直接使用开关上机械跳闸按钮使开关直接跳开。
停机后设备已不能正常开机。
于2008年5月3日开始对空压机拆卸检修，并且对其电气故障进行检查失磁问题对于同步电动机而言伤害是十分巨大的，同步电动机失磁的通常现象，同步电动机定子电流以额定电流的3-5倍增长，转速急剧降低，可以看作是异步电动机并且转子回路开路的情况。
永磁同步电机故障诊断研究综述
永磁同步电机故障诊断研究综述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种高效率、高功率因数的电机，由于其具有较高的控制精度和动态性能，被广泛应用于机械传动系统中。
然而，由于各种原因，永磁同步电机在实际运行过程中可能会出现各种故障，这些故障可能会导致其性能下降甚至完全失效。
对永磁同步电机的故障诊断研究非常重要。
本文将对永磁同步电机故障诊断领域的研究进行综述，并从以下几个方面进行讨论和探究。
一、故障分类和特征提取永磁同步电机的故障可以分为转子故障（如短路、断条等）、定子故障（如匝间短路、绝缘损坏等）以及电源故障等。
在故障诊断过程中，正确分类和提取故障特征对于准确判断和定位故障非常关键。
为此，研究者们通过分析电机的运行状态、电流、振动等多种信号，提出了各种故障特征提取方法，如时域分析、频域分析、小波变换等。
二、故障诊断方法和算法针对永磁同步电机故障诊断的需求，研究者们提出了多种故障诊断方法和算法。
其中，基于模型的方法通过建立电机的数学模型，利用状态估计和滤波技术来实现故障诊断。
基于信号处理的方法则是通过对电机输出信号进行处理和分析，提取其中的故障信息。
还有基于人工智能算法的方法，如神经网络、遗传算法、支持向量机等，这些方法通过学习经验数据，能够自动识别和判断故障。
三、故障诊断系统的设计与应用将故障诊断方法应用于实际永磁同步电机系统中，需要设计和搭建一个完整的故障诊断系统。
这个系统包括传感器采集模块、信号处理模块、故障特征提取模块、故障判断模块等多个部分。
通过将这些模块进行集成和优化，可以实现对永磁同步电机故障的实时监测和诊断。
四、未来研究方向和挑战尽管在永磁同步电机故障诊断领域已经取得了一些进展，然而仍然存在一些挑战和需要进一步研究的问题。
故障特征提取方法需要更高的精度和鲁棒性；故障诊断系统需要更加智能和可靠；故障诊断算法需要更高的效率和实时性。
永磁电机失磁故障诊断方法综述
问题。
关键词 ：永 磁电机 ；失磁 ；故障诊断 中图分类号 ：Ｔ Ｍ ３ ５ １ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ １ — ６ ８ ４ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ０ ７ ７ － ４ ０
Ｒｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ Ｄｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｆａ ｕ ｌ ｔ Ｄｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ Ｐｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｄｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ａ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｅ ｍａ ｇ —
郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ２ ；３ ．上海汽 车集 团股份有 限公 司 新能源汽车事业部 ，上海 ２ ０ １ ８ ０ ４ ）
摘
要 ：失 磁故障是永磁电机特有的故障类型 ，本文分析 了永磁 电机失磁故 障产生 的原 因 ，归纳 了永磁 电机电磁场
计算方法 ，研究 了国内外失磁故障诊断方法 已取得 的成果 和发展动 态 ，提 出了研 究永磁 电机 失磁故 障诊 断应注意 的
有限元分析方法建立 电机仿真模型 ，通过修改特定
的参数 ，来 仿真 不 同程 度 失 磁情 况下 故 障 电机 的运
永磁同步电机常见故障
永磁同步电机常见故障一、断相故障断相故障是指永磁同步电机中的一个或多个相失去电流供应的情况。
这可能是由于电缆连接松动、继电器故障、电机绕组损坏等原因引起的。
当发生断相故障时，电机会失去相应相的转矩产生能力，导致电机无法正常运行。
此时需要检查电缆连接是否牢固，维修或更换继电器，修复或更换电机绕组。
二、电机过热故障电机过热是指电机工作过程中温度升高超过正常范围的现象。
永磁同步电机的过热可能是由于过载、电机绕组短路、冷却系统故障等原因引起的。
当电机过热时，需要及时停机并检查过载情况，检查绕组是否短路，检查冷却系统是否正常工作。
根据具体情况，可以增加散热设备，改善散热条件，以降低电机温度。
三、电机震动故障电机震动是指电机在运行过程中产生异常振动的现象。
永磁同步电机的震动可能是由于轴承损坏、转子不平衡、机械结构松动等原因引起的。
当电机发生震动时，需要检查轴承是否磨损，平衡转子是否失衡，紧固机械结构是否牢固。
根据具体情况，可以更换轴承，进行动平衡处理，加固机械结构，以消除电机的震动故障。
四、电机启动困难故障电机启动困难是指电机在启动过程中遇到困难或无法启动的情况。
永磁同步电机的启动困难可能是由于电源电压不稳定、电机绕组故障、电机参数设置错误等原因引起的。
当电机启动困难时，需要检查电源电压是否稳定，检查绕组是否有短路或开路现象，检查电机参数设置是否正确。
根据具体情况，可以调整电源电压，修复绕组故障，重新设置电机参数，以解决电机启动困难的问题。
五、电机噪声故障电机噪声是指电机工作过程中产生的噪音。
永磁同步电机的噪声可能是由于电机内部振动、机械结构松动、磁力不平衡等原因引起的。
当电机产生噪声时，需要检查电机内部是否有振动问题，检查机械结构是否牢固，检查磁力是否平衡。
根据具体情况，可以进行振动分析，加固机械结构，调整磁力平衡，以降低电机噪声。
永磁同步电机常见故障主要包括断相故障、电机过热故障、电机震动故障、电机启动困难故障和电机噪声故障。
同步电动机转子失磁故障的影响分析
在 源 中 ，将
相 设置为三相交
电压源，将 磁 设置为电流源，使 用 9 语句
将励磁 电 设置为关于 的 函 数 ，cur
rent = if %time ) 3 ，0A ，128A ) ，即当 时间在 3s 以
内 ，励 磁 电 流 为 128A ，当
到 3s 开 始 ，励磁
电 为 0A。
此模型是模拟同步电动机运行过 转 1 磁 突然开路的状态，此后励磁电流为零，同步
图5 转速-时间曲线
磁 电压-时间曲线，可以分析同步
0 7 5 2 Io ..00
Tw Tusl 5 o .....0 00 0 Pus If
lur Mzol o. dvl
HboTIl25.00 ■一 0.00
组开路后，转速下降并 着转速波动，此 电 机
运行状态为失步状态。电机转速的波动
电
机 的 振 动 ，可 以 通 过 现 场 振 动 监
断此时电
机发生了 。
为零。无 磁同步电动机采用同轴旋转的励
磁发电机
后
转 磁 ，励磁 电、
励 磁 发 电 机 发 电 、三相
电路整
，也可能存在故障的 磁。
，从而导致转
去励
在以
发生 后 ，转
去 励 磁 ，这种
突发 打破了电机的稳态运行，会因转子突然
开路而产生更大的
。本文对同步电动
机转子突然开路的状 行 分 析 ，对可能产生的
电流、转
速 动可以及时的发现失磁 并尽快停机，
接
关 键 词 失磁、励磁绕组开路、引线断
成的
。
D OI $ 10. 3 9 6 9 /J . ISSN. 1008-7281. 2019. 01. 10
永磁电机为何会出现失磁问题1
永磁电机为何会出现失磁问题永磁材料是永磁电机的关键原材料，在电机制造、试验和使用过程中，总会出现失磁问题，从实际的故障案例分析，可以归结为以下几个方面的内容：
01 磁钢牌号选型不当
若电机设计时计算不够准确，错选了较低牌号，如本应选择180℃级的永磁体而错选为155℃级别，就有可能出现这样的情况：试验过程初始试验记录指标非常好，随着电机逐步趋向热稳定，电机的相关指标开始恶化，愈来愈偏离设计预期，有的到了某一时刻电流急剧增大、变频器迅速停机，并显示过流代码。
再次测试电机的空载特性，表征电机已失磁，必须更换磁钢。
02过热失磁问题
过热失磁是个比较敏感的话题，磁钢磁性能下降也会导致过电流而发生过热问题。
如果排除磁钢磁性能的影响而只考虑热因素，可以确定有两种情况会出现过热失磁现象：第一、电机内循环通风路不合理，违背冷热传导自然规律，导致局部热集聚；第二、绕组热负荷过高，发热情况超过电机热交换系统的换热水平。
03去磁电流过大问题
电机运行时，当负载电流的大小超过磁钢的抗去磁能力时，将引发磁钢发生不可逆退磁现象，进一步使负载电流加大，加重磁钢不可逆退磁现象，如此往复推波助浪，雪崩般加速不可逆退磁直至失磁。
近几年，永磁电机的应用领域在逐步扩大，特别是风机、水泵、空压
机等变化性负载场合，永磁电机的应用和节能效果比较明显，但如何确保电机和设备运行的安全性，则是电机制造商、使用者及永磁体供应者均应考虑的问题。
永磁电机转子磁钢退磁问题分析
关于永磁同步电机转子磁钢退磁问题分析于平2015年7月30日鉴于前期测试伺服电机及客户现场也有出现过伺服电机转子磁钢退磁的情况，经查阅相关资料并结合实验数据，对永磁体退磁原因进行如下分析。
永磁同步电机具有高效率、高力矩惯量比、高能量密度、高调速范围等优点，现已广泛用于军事、工业、农业等各个领域，特别是伺服行业，几乎都是使用永磁同步电机作为执行机构。
但是由于永磁体的热稳定性不良、设计经验不足以及使用不当等原因，会造成在使用过程中磁钢出现不可逆退磁。
磁钢退磁，会使电机的性能下降，甚至无法使用。
所以本文旨在从永磁材料、电机设计、电机使用等方面分析永磁体退磁原因，以供后续参考。
11.1kP点，此1.2R作为会与曲线A A2 2进行恢点，最低工3变化后,4体因为时效而退磁，因为钕铁硼永磁材料磁性能随时间的变化很小。
二、实际使用中引起永磁体退磁的主要原因电机实际使用中造成永磁体退磁的原因往往是几种退磁机理共同作用引起的，比如一台电机过载的同时，温度也会急剧上升，在两种机理的共同作用下，会更容易出现不可逆退磁。
所以综合起来引起钕铁硼永磁电机磁钢失磁原因集中在以下几个方面。
1、永磁体材料本身原因引起的退磁我们目前使用的伺服电机均是采用钕铁硼永磁体，钕铁硼永磁体具有高剩磁、高内禀矫顽力等优势，是目前磁性能最高的永磁材料，并且钕在稀土中的含量很高，铁、硼价格便宜，又不含战略物资钴。
但是钕铁硼永磁材料的不足之处是热稳定性差，我们使用的磁钢牌号为N38SH的钕铁硼永磁体耐温为150℃,只要温度超过150℃，将会造成不可逆退磁，此外钕铁硼永磁体含有大量的铁、钕金属材料，表面易氧化，一般会有环氧树脂涂层或者是电泳、电镀涂层，如果涂层工艺不合格，使用过程中也会因为永磁体局部氧化而造成退磁。
2、电机设计的原因引起的退磁如果电机设计时没有充分了解电机使用工况，使得实际工作点在退磁曲线拐点以下，那么在使用过程中将会出现不可逆退磁，此外通常设计时计算的工作点往往是永磁体的平均工作点，而由于永磁体材料局部的差异，还必须计算出永磁体的最大退磁工作点。
同步电动机常见故障分析及处理
同步电动机常见故障分析及处理一、不能启动或转速较低1、断路器故障，合不上闸。
对合闸电源和合闸回路故障进行分析处理。
2、继电器误动作。
继电器振动或整定值小，校验继电器。
3、定子绕组或主线路有一相断路。
断电检查测量定子绕组和主线路，找出断路点并进行修复。
4、负载过重或所拖动的机械存在故障。
检查电动机负载和所拖动的机械情况。
二、启动后不同步1、电网电压低。
检查电网电压。
2、断路器接励磁装置的辅助接点闭合不良。
断电检查测量并修复断路器辅助接点。
3、转子回路接触不良或开路。
测量转子回路电阻应符合要求，进行紧固检查。
4、无刷励磁系统故障，硅管损坏无输出。
更换硅管。
三、运行过程中失步1、电网电压低，失步整定可控硅装置失控。
检查可控硅失步保护装置。
2、励磁电压降低。
停机检查励磁装置。
3、机械负荷过重。
停机检查机械负荷。
四、空气隙内出现火花冒烟1、轴中心不正或轴瓦磨损使定子和转子相擦。
停机检查定子和转子之间的气隙并根据情况进行相应修复。
2、转子断条或短路环脱焊。
停机找出断路点或接触不良部位重新焊接。
3、定子绕组匝间短路或相间短路；转子线圈断线或接地。
抽芯检查更换故障线圈。
五、运行中过热1、过负荷减少机械负荷，使定子电流不超过额定值，监视系统电压、电流、功率因数，及时调整。
2、定子铁芯硅钢片之间绝缘不良或有毛刺。
停机检修定子铁芯。
3、定子绕组有短路或接地故障。
找出故障线圈，进行修复或更换。
4、环境温度过高，电机通风不良。
检查风道是否畅通，风扇是否完好，旋转方向是否正确。
5、水冷却器没水或水量很小。
检查水冷却系统是否正常。
六、事故停车1、电缆或电缆头接线故障。
找出故障点进行检修。
2、定子绕组相间短路或接地。
查找短路或接地点，处理故障线圈，耐压合格。
3、电流互感器二次回路故障。
检查电流互感器二次回路，处理断线或接触不良，校验电流互感器伏安特性曲线。
4、继电器误动作。
重新校核继电器整定值和调整继电器。
5、电机抱轴或所拖动机械卡死。
一种永磁同步电机幅值失磁故障诊断方法
0引言电机的失磁程度将时刻影响永磁电机的稳定运行[1-3]，因此实现对永磁电机磁链的观测及其重要。
近年来，有很多学者研究永磁电机的磁链观测[4-9]。
文献[7]提出一种基于最小阶扩展磁链滑模变结构观测器，该观测器能准确观测转矩和永磁体磁链信息。
文献[8]提出了一种磁链非奇异终端滑模观测（NFTSMO ），在考虑电阻扰动的同时检测失磁故障。
文献[9]提出了一种控制方法用于转子磁链失磁诊断和不对称的定子电阻的观测。
以上研究通过各种方法对永磁电机磁链进行观测，或未考虑参数变化，或考虑电阻变化。
然而，在电机的运行过程中，电机参数的扰动是不可避免的，因此本文针对电感这一电机参数发生扰动的情况，设计了一种自适应滑模观测器，对永磁磁链幅值失磁进行实时观测。
1问题的描述同步旋转d-q 坐标系下，永磁同步电机（PMSM ）的数学模型[10]为（1）由于本次研究针对幅值失磁的情况，即永磁磁链的失磁方向始终发生在d 轴方向，q 轴方向没有失磁。
因此方程（1）在考虑电感扰动情况下，可化简为（2）其中，ΔL 为电感的变化值。
使，其中，整理可得———————————————————————课题项目:湖南铁道职业技术学院校级课题：表贴式永磁同步电机的失磁故障诊断（K201719）。
作者简介:张淼滢（1991-），女，硕士，研究方向为电力传动技术及其故障诊断；肖凡（通讯作者）（1991-），男，硕士研究生，研究方向为电力传动技术及其故障诊断；邵瑞（1984-）：女，硕士，讲师，研究方向为现代控制理论及其在电力电子中的应用；邓昭俊（1987-），男，硕士，研究方向为电力系统及其自动化。
一种永磁同步电机幅值失磁故障诊断方法张淼滢①;肖凡②;邵瑞①;邓昭俊①（①湖南铁道职业技术学院，株洲412001；②湖南工业大学，株洲412007）摘要:针对永磁同步电机幅值失磁，提出了一种永磁同步电机幅值失磁故障诊断方法。
该方法通过建立旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型，构建出一种自适应与滑模结合的观测器。
永磁同步发电机失步的原因有哪些？如何判断什么程度进入失步状态？
永磁同步发电机失步的原因有哪些？如何判断什么程度进⼊失步状态？同步发电机如果失步，也⽐较好判断，发动机本⾝就会⼀会⼉发出功率，然后⼀会⼉倒进功率，发电机的定⼦电流⼤幅晃动，发电机会发出了周期性异响。
对系统来说，电压和电流，有功功率和⽆功功率都会⼤幅摆动，可能造成系统震荡，当然具体还要看系统和失步机组的容量以及失步机组是否失磁了，失步的机组是否带有失磁保护等因素，请关注：容济点⽕器⼀、如果失步的时间较长，电机会过热⽽烧坏电机转⼦和定⼦线圈，同时伴随发⽣电机异声和电流表指针打到头的现象，引发同步电机失步的主要原因分析：1、操作机构检查或者调整试验中存在问题；2、检修的时候，油开关操作机构的动作失灵引起振动，从⽽造成电动合闸机构跳闸；铁芯在铜套⾥的活动不太灵活，制造时候孔不圆，铁芯和铜套在孔内存在松动；3、负载太⼤导致转⼦转不动。
⼆、同步电机失步的预防措施如下：1、保证操作机构的检查以及调整试验的质量；2、要密切注视同步电机的电流异常变化和温升以及异常响声；当电机容量⼤和负载太⼤以⾄于发⽣失步事故时候，要尽快切断电源，以避免因为通过定⼦电流很⼤⽽造成电机过热，引起烧坏。
三、同步发电机失步本质分析在同步发电机正常运⾏时候，定⼦磁极和转⼦磁极之间可以看成有弹性的磁⼒线联系。
当负载增加的时候，功⾓将会增⼤，这相当于将磁⼒线拉长；当负载减⼩的时候，功⾓会减⼩，这相当于磁⼒线被缩短。
当负载突然变化的时候，由于转⼦有了惯性，转⼦的功⾓不能⽴即地稳定在新的数值，⽽是落在新的稳定值左右⽽且要经过若⼲次摆动，这种现象称之为同步发电机的振荡。
它的振荡有两种类型：⼀种是振荡的幅度会越来越⼩，⽽功⾓的摆动逐渐衰减，最后会稳定在某⼀新的功⾓下，仍然会以同步转速稳定运⾏，被称为同步振荡；另⼀种是振荡的幅度会越来越⼤，⽽功⾓不断增⼤，直⾄脱出乐稳定范围，使得发电机失步，发电机进⼊异步运⾏状态，被称为⾮同步振荡。
738 钕铁硼永磁电机转子磁钢失磁问题分析
2.会议论文 吴伟康 钕铁硼永磁电机的磁稳定 1998
钕铁硼永磁电机的磁稳定性是制约大中小永磁电机推广应用的关键因素之一，笔者初步经验总结提出四个相应措施确保钕硼永磁电机不退磁，提高 其可靠性。
3.学位论文 林岩 钕铁硼永磁电机防高温失磁技术的研究 2006
作为国家“十五”科技攻关计划项目“稀土应用工程”中“稀土永磁材料在高性能电机应用的共性关键技术”、辽宁省科技攻关计划和沈阳市科技 攻关计划项目的一部分，本文围绕永磁电机运行过程中出现的高温失磁现象，对永磁材料的性能状况、合理选择、热稳定性的快速无损检测以及磁性能 对电机设计的影响等技术问题进行了深入研究，取得了一些具有理论意义和工程实用价值的成果。
因此，电机磁钢是有使用寿命的，电机使用 一定的年限之后，磁钢也会失磁。然而目前 还没有见到磁钢因为时放而失磁。钕铁硼 永磁材料磁性能随时间的变化很小。
３．引起钕铁硼永磁电机磁钢失磁 的主要原因
钕铁硼水磁电机磁钢失磁，常常是几 种退磁机理共同作用的结果。引起钕铁硼 永磁电机磁钢失磁原因总结起来，集中在 以下几个方面。
三相永磁同步电机故障诊断与分析
三相永磁同步电机故障诊断与分析随着近年来环境污染和能源短的日益突出，世界各国开始相继重视这两个问题，并提出对策。
永磁同步电机作为一种高性能的交流电机，因其具有体积小，可靠性高，功率因数和功率密度高高，效率高等优点。
永磁同步电机的运行范围很宽，可以在其额定功率数值 25%-120%的范围内保持很高的运行效率，完全能够适应负载变化比较大的场合。
因此，永磁同步电机的发展和推广使用，将能够极大满足当今社会工业对高效电机的需求。
但与此同时，电机作为一个能够实现机电能量之间转换的系统，它的结构是由定子，转子，和轴承等电气系统和机械系统组成，其总体结构较为简单。
但电机工作时，具有复杂的机电能量转换过程，在长期运行中，受供电情况、负载工况和运行环境的影响，某些部件会逐渐失效，损坏。
电机的工作原理都是基于电磁理论，主要由电路（绕组）和磁路（铁芯）两大部分组成，其主要故障类型有绕组断线、绕组过热、匝间短路、绝缘老化、铁芯变形及电机转子偏心等，永磁同步电机因其转子上还装设有永磁体，还可能发生永磁体的不可逆退磁故障，总体来说，电机故障种类繁多，原因复杂。
电机集电气与机械部件于一体，加之处于高速运转状态中，故障征兆呈多样性，既有电气故障特性，又有机械故障特性；既有电气量(电压、频率、电流、功率等)，也有非电气量(热、声、光、气、辐射、振动等)。
2. 电机的有限元分析模型将 RMxprt 模块中建立的电机模型导入 Maxwell 2D 中进行有限元仿真计算。
电机的主要参数如表 1 所示：2.1 空载特性分析首先，有限元分析了该电机模型的空载特性，包括求解空载反电动势，反电动势的谐波含量，气隙磁场中的径向磁密分布。
永磁同步电机空载时，由于电枢电流很小，电机内仅有永磁体所建立的永磁磁场(主磁场和漏磁场)。
空载反电动势是永磁同步电机的一个非常重要的参数，E 0 的大小对电机的动、稳态性能都有很大的影响，合理地设计电机的E 0 可以降低空载电流，提高功率因数和效率，降低电机温升。
永磁同步电机失磁故障检测-1
永磁同步电机失磁故障检测及脉动抑制永磁同步电机的去磁现象：1.永磁体失磁引起的转矩脉动、齿槽效应转矩和电流测量等硬件误差引起的转矩脉动。
其中，磁密非正弦分布引起的转矩脉动较大，永磁体失磁导致磁密波形变化，包括幅值变化、幅值和位置变化以及非正弦畸变三种。
其中，非正弦畸变最为复杂。
2. 会使电机性能出现很明显的下降，电流增大再有出力不足，甚至严重的话会导致电机不能驱动负载以致烧坏电机。
原因分析：1.电磁控制原因致使永磁体失磁的电磁方面的因素包括两个方面：第一是失磁可能是高温或者去磁磁场一个因素所引起的，也可能是高温和去磁磁场两个因素同时的作用而导致。
而高温跟去磁磁场的同时作用导致失磁的概率较高。
第二是电机合成磁场谐波能够在永磁体外部产生涡流，很可能会使永磁体的本来的高温升的更高。
再有加入控制系统还不稳定，在高速度运转时可能会产生过大的去磁电流(Id)，这时就有可能造成永磁体的失磁现象。
2．永磁体材料原因永磁体的检测数据方面显示样机的永磁体是很正常，但在永磁体的检测方面，现在的永磁体厂家所使用的检测方法普遍存在下列的问题，从而使得检测条件不能及时的地反映出实际的运用用情况：一方面，对永磁体的检测不是实际使用时电机运用交流去磁法，而采用的是直流去磁的方式，两种方式的去磁效果很明显是不一样的；另一方面，永磁体检测的试样方法也不能反映实际情况，试验时一般使用的是十乘十的圆柱体，而实际使用的是面积比较大的矩形。
稀土永磁电机在外界各方面都得到了广泛应用，这主要归功于它的功率密度，控制性能及转矩质量比等方面都表现出了很好的优势。
虽然稀土永磁电机的优势很多，但仍有其劣势，具体表现在失磁和磁场的波动上：因为钕铁硼永磁的内部材料的温度都相对偏低，在温度方面的稳定性则不够理想，不可逆性的损失以及温度系数均相对较高，以致使在高温运行时磁损就严重，并且在电机启动或者刹车以及故障的状况下电流都会激增，将会引起不可逆性的失磁。
因以上这些原因，导致永磁电机在实际的应用当中并不理想。
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2018年第46卷第8期D设计分析esign and analysis 张志艳等 永磁同步电动机失磁故障电磁参数分析31 收稿日期:2018-05-14基金项目:国家自然科学基金项目(51507156);郑州轻工业学院博士基金项目(2016BSJJ004)永磁同步电动机失磁故障电磁参数分析张志艳1,秦 鹏1,徐金涛1,刘 华2(1.郑州轻工业学院,郑州450002;2.国网河南省电力公司,郑州450052)摘 要:对永磁电机失磁故障进行了分类,基于Ansoft 建立了内置式永磁同步电动机有限元仿真模型㊂分别对永磁同步电动机不失磁和不同程度失磁故障情况下的电磁力和电磁转矩进行了分析,探究了电机电磁性能与失磁故障之间的关系㊂仿真结果表明,随着永磁电机失磁故障程度的增加,静态磁场中电机的电磁力将随之增大,电磁转矩却逐渐减小,而瞬态磁场中电磁力随着失磁程度增加也随之增大,并且波动也较大,而电磁转矩受影响较小,波动幅度不大㊂关键词:永磁同步电动机;失磁故障;电磁力;电磁转矩中图分类号:TM341;TM351 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2018)08-0031-04Electromagnetic Parameters Analysis of PMSM Demagnetization ZHANG Zhi⁃yan 1,QIN Peng 1,XU Jin⁃tao 1,LIU Hua 2(1.Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou 450002,China;2.State Grid Henan Electric Power Company,Zhengzhou 450052,China)Abstract :The kinds of demagnetization fault of permanent magnet synchronous motor (PMSM)were classified .Thefinite element simulation model of the interior permanent magnet synchronous motor was established,the interior permanentmagnet synchronous motor finite element simulation model based on Ansoft,the electromagnetic force and electromagnetic torque of PMSM under normal or different degree of demagnetization were analyzed respectively.The relationship between the electromagnetic performance of the PMSM and demagnetization fault was explored.The simulation results show that withthe increase of permanent magnetic motor loss of magnetic flux,the electromagnetic force of the motor in the static magnetic field will increase,but the electromagnetic torque will gradually decrease.In the transient magnetic field,with the increase of the degree of demagnetization ,the electromagnetic force increases,and the fluctuation is also great.However,the elec⁃tromagnetic torque is less affected and the fluctuation is not large.Key words :permanent magnet synchronous motor (PMSM);demagnetization fault;electromagnetic force;electro⁃magnetic torque0 引 言近年来,永磁电机作为一种新型电机,具有体积小㊁质量轻㊁损耗低㊁噪声小㊁功率因数高㊁工作稳定等性能优点[1-3],在工农业生产和日常生活中的各个领域有着广泛应用[4-6]㊂同时在国家大力倡导电动汽车发展的情况下,永磁电机也发挥了至关重要的作用,但是永磁电机通常在复杂的工况下工作,电机永磁体会因为温度过高㊁剧烈振动㊁外磁场影响等因素产生退磁问题[7,8],退磁磁场可能会导致永磁体的不可逆退磁故障,会影响永磁电机的运行性能和输出转矩,甚至可能会使电机不能安全运行㊂因此在一些使用环境比较恶劣㊁可靠性要求高的场合,永磁电机的应用会受到很大的限制㊂目前,针对永磁电机发生失磁故障导致电机运行性能受影响及其故障诊断的研究,大多基于永磁材料的退磁曲线模型进行研究,而针对永磁电机失磁故障与电磁力㊁电磁转矩之间关系的研究较少㊂文献[9]建立了永磁同步电动机气隙磁场的解析计算模型,分析了永磁体和绕组电流单独作用时的气隙磁场分布,并在此基础上提出了失磁故障时的气隙磁场计算的解析模型,但并未分析永磁电机失磁故障对电磁力和电磁转矩的影响㊂文献[10]研究了一种对永磁同步电动机永磁体失磁状况监测分析的方法,利用该方法对永磁体失磁故障进行动态监测与分析,但是只研究了方法,并没有具体研究永磁电机失磁对电磁力以及电磁转矩的影响㊂基于此,本文建立了内置式永磁同步电动机模型,对其正常和不同程度失磁故障状态时的性能进行仿真分析,并对不同程度失磁故障情况下的电磁力和电磁转矩进行了研究㊂D设计分析esign and analysis 2018年第46卷第8期 张志艳等 永磁同步电动机失磁故障电磁参数分析32 1 永磁同步电动机失磁故障分类永磁同步电动机失磁故障可分为2种:一是磁钢中所有磁极均退化到一定程度,称为全部失磁或者均匀失磁;二是磁钢中某个或某几个磁极发生失磁,称为部分失磁或者局部失磁㊂用m 表示失磁磁极个数,将每块永磁体平均分成n 份,p 表示永磁电机极对数,K i 为第m 个磁极第i 部分温度恢复后磁密不能回复到原有值的部分与原有值的百分比,即不可逆退磁程度,同理K j 为第m 个磁极第j 部分的不可逆退磁程度,则永磁电机失磁故障如图1所示㊂图1 永磁同步电动机失磁故障图形描述 均匀失磁故障情况下,所有磁体两端均匀失磁到某一程度:1≤i =j ≤n2m =2p 0<K i =K j ≤üþýïïïï1 所有磁体从一端均匀失磁到某一程度:1≤i ,j ≤n m =2p0<K i =K j ≤}1 不均匀失磁故障情况下,m 个磁极两端或者一端发生不可逆失磁:0≤i ,j ≤n1≤i +j ≤n 0<m <2p 0<K i ,K j ≤üþýïïïï1 从图1及分类的结果中得出,永磁同步电动机均匀失磁故障的研究相对容易,不均匀失磁,即局部失磁故障因失磁故障部位及失磁故障程度有较大的区别,使得后续失磁故障数学模型㊁物理模型的建立及诊断方法的研究更趋于多样化和复杂化㊂2 永磁同步电动机失磁故障模型本文以内置永磁同步电动机为例,该永磁电机为8极,转子内置式结构,定子48槽,绕组为单层结构,永磁体采用V 形分布,永磁同步电动机参数如表1所示㊂由电机模型参数建立永磁电机的仿真图形如图2所示㊂表1 永磁同步电动机参数参数数值参数数值额定功率P /kW 50额定转速n /(r㊃min -1)3000额定效率η/%97.1额定频率f /Hz 200额定电压u /V 380定子铁心外径r o /mm269定子铁心内径r i /mm 162气隙长度δ/mm 1.5铁心轴长l d /mm82永磁体材料N36-Z20极数8定子槽数48图2 永磁电机失磁故障仿真模型图2中右上角圈出部分为永磁电机发生失磁的永磁体㊂在永磁电机仿真模型中,设永磁体发生失磁故障时,磁通密度B 变为原来的60%,记为B dmg ,其中B dmg =0.6B ,如下:B dmg B =-μ0H dmg +B r-μ0H c +B r(1)式中:B dmg 表示失磁故障后的磁通密度;H dmg 表示失磁故障后的磁场强度;μ0为真空磁导率,其值为4π×10-7H /m㊂所以可以通过同时改变永磁材料的剩磁B r 与矫顽力H c 的参数[11],来对永磁同步电动机不同程度失磁故障进行性能分析㊂在不同程度的失磁故障下,通过永磁电机的电磁力以及电磁转矩的变化,从而发现永磁电机失磁故障对电磁力和电磁转矩的影响㊂3 静态场失磁故障电磁力分析电磁力是电机运行过程中主要的电磁参数之一,并且是电磁转矩能够产生的原因,电磁力和电磁转矩的变化,反映了电机是否在正常运行㊂目前计算电磁力较为常用的一种方法是电磁力的能量计算法;另一种是麦克斯韦应力法,本文选用麦克斯韦应力法计算电磁力㊂首先在气隙内画一条包围转子的闭合曲线,由磁场计算结果得曲线上磁密的切向分量B t 和径向分量B r ,则切向力密度ρt 和径向力密度ρr 分别如下:ρt =1μ0B r B t(2)ρr =B 2r -B 2t2μ0(3)式中:μ0=4π×10-7H /m 为真空磁导率㊂将径向力密度和切向力密度进行积分,再乘以铁心的长度,可得电磁力㊂电磁力如式(4)所示㊂ 2018年第46卷第8期D设计分析esign and analysis 张志艳等 永磁同步电动机失磁故障电磁参数分析33 F =∮lB (Br )μ0-B 2r 2μ[]L dd l(4)式中:r 为闭合曲线l 的径向单位矢量;L d 为电机的铁心轴向长度;B 为闭合线圈l 上的磁密向量㊂以电磁力密度为研究对象,通过径向力密度和切向力密度的公式可以计算出气隙周向电磁力分布㊂在磁场分析中,常规电机模型一般情况下只有一种激励源,但永磁同步电动机存在永磁体和电流2个激励源㊂在静态磁场中,永磁同步电动机空载磁场由永磁体激励源产生,图3(a)给出永磁电机在空载不同程度失磁情况下运行的电磁力曲线㊂分别给A ,B ,C 三相施加1.5kA,750A,750A 的电流激励以进行负载分析,图3(b)为不同程度失磁情况时电磁力的变化趋势㊂(a)空载(b)负载图3 电磁力与失磁程度的关系由图3(a)可知,不失磁时的电磁力接近于0,随着失磁程度的增加,电磁力逐渐增大,但增加的幅度越来越小,即不成线性关系,并且大致能看出F x ,F y 以及F Mag 与失磁程度的关系,且随着失磁情况的变化,可看出电磁力的x 轴分量和y 轴分量基本一致,永磁体100%失磁后,电磁合力为3591.6N,是不失磁时的电磁力的730倍,可见发生完全失磁对永磁电机的影响较大㊂图3(b)表明永磁同步电动机正常运行时,其电磁合力的大小为18.505N,随着失磁程度的增加,电磁力x 轴分量和y 轴分量以及电磁合力均逐渐增加,并且3个力均呈线性变化,在同一状态下,电磁力y 轴分量约为x 轴分量的1.5倍,且100%失磁时的电磁合力为794.09N,约为永磁体正常时的43倍㊂从图3可以看出,空载情况下电磁力的大小与失磁程度不呈线性关系,而负载情况下电磁力大小与失磁程度呈线性关系㊂4 静态场失磁故障电磁转矩分析对图1中永磁电机仿真模型空载时设置电磁转矩求解选项,仿真结果如表2所示㊂其电磁转矩随失磁程度的变化趋势如图4(a)所示㊂由图4(a)可知,电机空载时随着失磁程度的增加,电磁转矩逐渐减小,并且100%失磁时的电磁转矩仅为不失磁时的30.6%;失磁程度从60%到100%的过程中,电磁转矩下降幅度最大,失磁程度从0到60%的过程中变化相对较为平缓,由此可见,永磁体发生完全失磁对永磁电机电磁转矩的影响较大㊂表2 空载时电磁转矩仿真数据失磁程度K /%电磁转矩T /(N㊃m)0.19134200.17079400.16033600.14542800.101651000.058659 在负载情况下,永磁同步电动机输出电磁转矩与失磁故障之间的关系如图4(b)所示,数据如表3所示㊂由图4(b)可知,电机负载时随着永磁体失磁程度增加,电磁转矩逐渐减小,但并不呈线性变化;失磁增加20%,输出转矩变化最高可达到13.46N㊃m,最低为5.12N㊃m,并且完全失磁时的电磁转矩为正常时的93.7%,可见永磁体发生失磁对永磁电机的电磁转矩影响较小;随着失磁程度的增加,电磁转矩接近于线性变化,曲线仅在失磁20%左右线性度不太好,失磁40%以后曲线基本为一条直线㊂表3 负载时电磁转矩仿真数据失磁程度K /%电磁转矩T /(N㊃m)668.2320663.1140649.6560641.6380633.07100626.63(a)空载(b)负载图4 电磁转矩与失磁程度之间的关系从图4可以看出,电机空载和负载时,电磁转矩与失磁程度都不是线性关系㊂空载情况下,失磁0到60%时,失磁程度对空载电磁转矩影响较小;失磁60%到100%时,失磁程度对空载电磁转矩影响较大㊂负载情况下失磁程度对负载电磁转矩影响较小㊂5 瞬态场失磁故障分析5.1 电磁力分量的变化在瞬态磁场的情况下,电磁力会随着时间的改变而不断变化,电磁力x 轴分量㊁y 轴分量变化趋势D设计分析esign and analysis 2018年第46卷第8期 张志艳等 永磁同步电动机失磁故障电磁参数分析34 如图5所示㊂图5中的0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0分别表示永磁体不失磁,失磁20%,失磁40%,失磁60%,失磁80%,失磁100%㊂从图5的电磁力随时间的变化曲线可以看出,永磁体在不失磁情况下,电磁力x 轴分量基本维持在0左右,且变化很小,在10ms 之前,随着永磁体失磁程度的增加,电磁力x 轴分量变大,并且随着时间的增加,电磁力处于波动状态,而且失磁程度越严重,电磁力波动越明显㊂不同失磁情况下的电磁力均大于0,在10ms 之后,电磁力改变方向,但电磁力仍旧保持与10ms 之前相同的变化趋势㊂永磁体在不失磁情况下,电磁力y 轴分量也基本维持在0左右,且变动很小,在5ms 之前,随着失磁程度的增加,电磁力y 轴分量也增大,并且随着时间的增加,电磁力处于波动状态,而且失磁越严重,电磁力波动越明显,并且不同失磁状态下的电磁力均小于0,在5ms 以后,电磁力改变方向,其变化趋势与5ms 之前类似㊂对比图5(a)和图5(b),随着失磁故障程度的加深,电磁力的大小也随之增加,说明在瞬态磁场中,失磁故障对电磁力也有着比较大的影响㊂(a)电磁力x 轴分量(b)电磁力y 轴分量图5 不同失磁情况下电磁力的变化5.2 电磁转矩的变化图6为瞬态场时,电磁转矩和失磁程度之间的关系,其中转矩T 1,T 2,T 3,T 4,T 5,T 6分别表示永磁体不失磁,20%失磁,40%失磁,60%失磁,80%失磁,100%失磁时电磁转矩的大小,其平均值如表4所示㊂表4 瞬态场电磁转矩仿真数据失磁程度K /%电磁转矩T /(N㊃m)233.116620232.3740231.6360230.892980230.1566100229.4472图6 不同失磁情况下电磁转矩的变化永磁体在不失磁情况下,转矩的平均值为233.1166N㊃m㊂但是随着失磁情况越来越严重,从不失磁到失磁100%的过程中,失磁程度每增加20%,输出转矩平均值的减小量都呈现先增加后减小的趋势,但变化量不明显,基本维持在0.735N㊃m 左右,100%失磁时转矩的平均值为229.4472N㊃m,相对于不失磁情况下,其减小幅度不超过1.6%㊂由此可见,永磁体发生失磁,对电磁转矩的影响较小㊂综合分析图5和图6,在瞬态磁场中,失磁故障对电机的电磁力有比较大的影响,随着失磁故障程度增加,电磁力的波动也变得比较大,但失磁故障对电磁转矩的影响相对较小㊂6 结 语本文建立了永磁同步电动机失磁故障模型,分析了永磁同步电动机静态场和瞬态场时,电磁力和电磁转矩与失磁故障程度之间的关系,其分析结果表明:1)在静态磁场中,对永磁电机仿真实验得出空载情况下,不失磁时的电磁力接近于0,随着失磁程度的增加,电磁力逐渐增大,但不成线性关系,并且电磁力的x 轴分量和y 轴分量大小基本一致;负载情况下,随着失磁程度的增加,电磁力x 轴分量㊁y 轴分量以及电磁合力均逐渐增加,并且3个力均呈线性变化,在同一状态下,电磁力y 轴分量大约为x 轴分量的1.5倍㊂2)静态磁场中,当电机空载时,随着失磁程度的增加,电磁转矩逐渐减小,失磁部位的径向气隙磁密和切向气隙磁密逐渐减小但并非呈线性变化,60%以下失磁时对空载电磁转矩影响较小,失磁60%以上对空载电磁转矩影响较大;而在负载情况下,随着失磁程度的增加,电磁转矩逐渐减小,失磁程度对负载电磁转矩影响较小㊂3)瞬态磁场中,随着失磁故障程度的逐步加深,瞬态磁场中的电机电磁力也发生越来越严重的波动,影响较大,但是对电磁转矩的影响较少,不管失磁故障多严重,电磁转矩的变化幅度始终不大㊂参考文献[1] 王秀和.永磁电机[M].北京:中国电力出版社,2007.[2] 王鑫,李伟力,程树康.永磁同步电动机发展展望[J].微电机,2007,40(5):67-72.[3] 卢伟甫,刘明基,罗应立,等.自起动永磁同步电机起动过程退磁磁场的计算与分析[J].中国电机工程学报,2011,31(15):53-60.[4] 王明杰,李彦彦,焦留成,等.永磁游标直线电机磁场解析计算[J].电机与控制学报,2017,21(10):54-61.(下转第44页) D设计分析esign and analysis 2018年第46卷第8期 李 争等 多自由度永磁电机磁热固耦合场分析 44 磁体的温度㊂与图16相比可知,永磁体温升绝大部分来源于中间转轴的热量㊂添加结构力学模块下的固体力学物理场,以十字架的圆柱轴为固定约束条件,将热载荷加载到永磁体的结构力学分析中,经求解器计算得到永磁体的应力分布情况,如图18所示,在3根转轴相交处以及中间转轴与永磁体相连接处应力最大㊂图19给出了永磁体由于形变发生的微小位移情况㊂图20为尾部圆盘状精细调节永磁体的形变,可见其边缘的形变明显大一些㊂图17 永磁体温度分布图图18 永磁体应力分布图图19 永磁体位移分布图图20 尾部永磁体位移分布图5 结 语在诸如多自由度永磁电机等复杂结构电机中进行耦合场分析十分必要㊂本文采用有限元法分析了线圈电磁场㊁温度场及应力场的分布,将电磁分析得到的热量载荷加载到结构分析中,求解偏微分方程组来实现多物理场的耦合,以及永磁体通过定子主线圈在热对流和转轴热传导方式下的温升以及发生的形变,最终得出了电机温度分布和应力应变分布情况㊂多物理场耦合的计算结果与电机内温度变化规律和应力应变的情况相符合㊂将结果应用在电机的设计过程中,可使计算仿真更符合实际,提高电机工作效率和运行可靠性㊂同时,从电机温度场㊁应力场的角度为电机状态监测与故障诊断提供了依据㊂参考文献[1] 李争,王群京.永磁多维球形电动机的研究与发展现状[J].微特电机,2006,33(10):7-11.[2] 李争,孙克军,王群京,等.一种多自由度电机三维磁场分析及永磁体设计[J].电机与控制学报,2012,16(7):65-71. [3] 李争,聂雅盟,薛增涛,等.液质悬浮式三自由度电机电磁特性的计算分析[J].电机与控制学报,2017,21(4):44-52. [4] ONER Y,ALTINTAS puter aided design and3D magneto-static analysis of a permanent magnet spherical motor[J].Journal of Applied Science,2007,7(22):3400-3409.[5] 邢殿辉.液质悬浮式混合驱动多自由度永磁电机的设计与分析[D].石家庄:河北科技大学,2016.[6] 黄涛,阮江军,张宇娇,等.多相异步电机端部绕组电磁与结构耦合场分析[J].大电机技术,2011,46(3):1-4. [7] 王鸿鹄,梁艳萍,张建涛,等.空冷汽轮发电机定子端部电磁场和温度场耦合计算[J].大电机技术,2010,45(4):5-8. [8] 杨丽伟,张奕黄.异步牵引电机的温度场分析[J].大电机技术,2008,43(3):18-21.[9] 黄涛,阮江军,张宇娇,等.基于多物理场耦合计算分析的多相异步电机设计平台[J].大电机技术,2012,47(2):22-26. [10] 王晓远,贾珍珍,高鹏.外转子轮毂电机电磁场-温度场的耦合求解分析[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2014(10):898-902.作者简介:李争(1980 ),男,博士,教授,主要研究方向为特种电机及其控制技术㊂(上接第34页)[5] LIAN J,ZHOU Y F,MA T,et al.Design of doubly salient perma⁃nent magnet motor for small displacement ISG mild hybrid[C]// International Conference on Mechatronics and Automation.IEEE, 2009:4698-4703.[6] 安忠良.超高效永磁同步电动机研究开发[D].沈阳:沈阳工业大学,2006.[7] 师蔚,贡俊,黄苏融.永磁电动机永磁体防退磁技术研究综述[J].微特电机,2012,40(4):71-76.[8] HONG Jongman,HYUN Doosoo,LEE Sang Bin,et al.Automatedmonitoring of magnet quality for permanent-magnet synchronousmotors at standstill[J].IEEE Transactions on Industry Applica⁃tions,2010,46(4):1397-1405.[9] 伍召莉.永磁同步电机失磁分析及在线监测[D].北京:北京交通大学,2012.[10] 肖曦,张猛,李永东.永磁同步电机永磁体状况在线监测[J].中国电机工程学报,2007,27(24):43-47. [11] 张志艳,曹祥红,马宏忠,等.永磁同步电机均匀失磁故障性能分析[J].微电机.2014,47(9):9-13.作者简介:张志艳(1975 ),女,博士,副教授,研究方向为电机故障诊断,电力系统自动化㊂。