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

作者：马博李博

来源：《科学与信息化》2018年第08期

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。在非铁磁材料中，随着磁通密度与磁场强度之间的变化和饱和度的差异形成了一条具有其变化性质的曲线，一般称之为磁化曲线，根据曲线的发展变化会存在一个使得非磁性物质存在磁滞性，永磁材料的退磁曲线能够描述其应用特性[1]。

2 永磁电机内永磁体的退磁方式和原因

2.1 退磁方式及原因

随着永磁电机的应用和寿命的缩短，在应用的过程中就会出现永磁体退磁的现象，这种退磁现象一般分为直流退磁、交流退磁和热退磁三种类型。对于当前国内对于永磁电机的应用于未来的发展方向，国内的永磁电机的退磁研究一般集中在交流退磁的磁场和温度在实际应用中对于电机退磁的影响和后果。不同的温度下，失磁现象一般出现在永磁体与其既定退磁曲线拐点相比更低的情况下，并伴有热激活效应，使电机内部的磁体随着交变频率的不断升高而越来越严重。永磁电机内磁体的退磁现象使得电机功角存在变化，进而影响了电机在应用过程中的电流大小和电工损耗，使其越来越高。电机内部随之温度升高，高温又影响了永磁电机内部永磁体的电阻值和剩余磁值，剩余磁值不断减小，使得永磁体磁性的不断下降，直到电机停机为止。因此通过上述文字分析可以看出，电机内的永磁体存在退磁现象的原因主要归结于两点，首先是由于定转子的和成存在一种去磁的磁动势。另一方面则是由于电机内部在运行过程中产生的工作温度和热度。但是在实际应用过程中，根据不同的工作情况，电机内的永磁体退磁原因也有一定的差异。简单来说，就是在电机启动运行的过程中，需要注意磁动势的作用，而在电机的运行过程中，需要时时注意和考虑到电机内部的温差和温升对磁体磁性的影响[2]。

2.2 永磁同步电机稳定运行时电机的退磁分析

永磁电机在运行过程中由于电机存在发热和升温的情况会导致电机内部磁体存在退磁情况。但在稳定状态运行工作的情况下也会出现永磁体退磁的风险。永磁电机内部在额定运行状态的情况下，电机在失步过渡期间以及度过失步后的新稳态情况下依然存在永磁体的退磁情况。根据通用数据分析空间磁场内部和电压两方面能够简单明确功角在应用中的物理意义。

2.3 永磁体退磁后的电机性能分析

通过建立永磁体退磁过后的磁力曲线模型上可以看出，永磁体在不同温度下所受到的退磁影响也不尽相同。退磁后的电机电磁与起动特性方面，可以看出，相同的重载起动工作状态下，永磁电机的温度上升会使电机内部永磁体的局部退磁面积有所增加，使永磁体的有效截面面积不断下降，因而使得永磁体内产生的磁通量也不断缩减，空载相电动势减小，使得永磁电机内部的磁量产生不对称的退磁，继而影响电机的应用质量。随着温度的不断升上，电磁机内部的局部退磁面积有所增加，另外高温影响下发生了不对称退磁现象，使得整体气隙磁密和基波在幅值上有了明显的减小。随着永磁体去磁面积的不断增加，使得总体平均转矩增大，整体缩短了启动时间。由此可见，在重载启动的过程中，随着温度不断升高，会使得永磁体的材料发生退磁拐点磁密值增大，增加了局部的退磁面积，使得不对称的退磁面积不断增加。由于异步启动阶段的平均转矩增加，整体减少了起动的时间，控制了起动过程中出现的上升曲线。退磁前后由于退磁区域的不对称性，使得磁体从电动势相位上看，退磁前将之后与退磁后的情况，退磁前后功角特性曲线整体下降，从数值上看明显小于退磁前。由于高温重载稳态运行的影响，退磁前后的电磁转矩差值也不断加大，使得电机能力整体被削弱[3]。

3 结束语

稀土永磁电机的工作性能更加稳定，并具有效率高、转矩质量比较高等特点，因此得到了越来越广泛的应用。但是由于多方面因素影响电机内部磁体的使用寿命问题，使得永磁电机在应用上受到了极大的制约，在未来还需要对永磁电机内磁体退磁进行分析和研究，扩大其应用实力。

参考文献

[1] 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.

[2] 陈垒，吴长江，鲍晓华，等.负载特性对不均匀气隙结构异步起动永磁同步电机退磁的影响[J].电气工程学报，2018，13（1）：1-8.

[3] 卢伟甫.自起动永磁同步电机退磁机理及抑制退磁方法研究[D].北京：华北电力大学（北京），2013.