永磁同步電機磁鐵缺陷故障的綜合分析

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永磁同步電機磁鐵缺陷故障的綜合分析

為了分析永磁同步電機磁鐵缺陷故障對定子電流和反電動勢的影響，提出一種等效磁路法用于綜合分析磁鐵缺陷，以及缺陷位置和定子線圈類型對電機參數變化影響。

準確、簡單有效的磁場模型是綜合分析電機磁鐵缺陷影響的前提。等效磁路法具有計算量小、精度高和使用靈活等特點，可獲得有磁鐵缺陷情況下定子電流和反電動勢變化情況。

定子磁鏈值是分析磁鐵缺陷影響的重要變量值。永磁鐵缺陷故障會改變氣隙磁場密度從而導致電機其它性能參數變化。在電機空載運行工況下，分別在永磁鐵無缺陷和有缺陷情況下計算得到定子磁鏈值并觀察這些參數變化情況。為得到定子磁鏈值，首先計算在每個永磁鐵片作用下定子磁鏈值，然后不斷疊加得到整個永磁鐵作用下定子磁鏈值。

永磁同步電機轉子永磁鐵產生的磁場在定子線圈中產生反電動勢，該反電動勢是反應永磁鐵缺陷故障的最理想變量。為計算得到反電動勢，首先使用等效磁路模型計算單個定子線圈的反電動勢，然后利用線圈系數和磁系數得到整個定子線圈反電動勢值。磁鐵缺陷故障帶來的影響體現在線圈系數和磁系數中。

磁鐵缺陷故障在定子磁鏈和反電動勢中會引發諧波現象，分別研究了在電機不同定子繞組方式和定子磁極數下諧波變化情況。同時，也分別在不同極對數和溝槽數的電機模型下進一步分析磁鐵缺陷故障影響。

通過利用有限元軟件驗證了等效磁路模型的正確性和仿真分析了磁鐵缺陷故障影響。為進一步驗證軟件仿真的正確性，利用一個具有垂直溝槽狀破損的轉子磁鐵在不同轉速和轉矩作用下試驗。試驗證明，磁鐵缺陷故障會帶來明顯諧波現象，且低頻諧波所占比例較大。相對施加到轉子上的不同轉矩值，諧波嚴重程度更取決于轉子轉速值大小。磁鐵破損處的方向和形狀對定子電流和反電動勢無明顯影響。

刊名：Industry Applications IEEE（英）

刊期：2015年第99期

作者：Zafarani M

編譯：謝秀磊