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永磁同步電機(jī)磁鐵缺陷故障的綜合分析

為了分析永磁同步電機(jī)磁鐵缺陷故障對(duì)定子電流和反電動(dòng)勢(shì)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(duì)電機(jī)參數(shù)變化影響。

準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單有效的磁場(chǎng)模型是綜合分析電機(jī)磁鐵缺陷影響的前提。等效磁路法具有計(jì)算量小、精度高和使用靈活等特點(diǎn)，可獲得有磁鐵缺陷情況下定子電流和反電動(dòng)勢(shì)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(huì)改變氣隙磁場(chǎng)密度從而導(dǎo)致電機(jī)其它性能參數(shù)變化。在電機(jī)空載運(yùn)行工況下，分別在永磁鐵無(wú)缺陷和有缺陷情況下計(jì)算得到定子磁鏈值并觀察這些參數(shù)變化情況。為得到定子磁鏈值，首先計(jì)算在每個(gè)永磁鐵片作用下定子磁鏈值，然后不斷疊加得到整個(gè)永磁鐵作用下定子磁鏈值。

永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)在定子線圈中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，該反電動(dòng)勢(shì)是反應(yīng)永磁鐵缺陷故障的最理想變量。為計(jì)算得到反電動(dòng)勢(shì)，首先使用等效磁路模型計(jì)算單個(gè)定子線圈的反電動(dòng)勢(shì)，然后利用線圈系數(shù)和磁系數(shù)得到整個(gè)定子線圈反電動(dòng)勢(shì)值。磁鐵缺陷故障帶來(lái)的影響體現(xiàn)在線圈系數(shù)和磁系數(shù)中。

磁鐵缺陷故障在定子磁鏈和反電動(dòng)勢(shì)中會(huì)引發(fā)諧波現(xiàn)象，分別研究了在電機(jī)不同定子繞組方式和定子磁極數(shù)下諧波變化情況。同時(shí)，也分別在不同極對(duì)數(shù)和溝槽數(shù)的電機(jī)模型下進(jìn)一步分析磁鐵缺陷故障影響。

通過(guò)利用有限元軟件驗(yàn)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(jìn)一步驗(yàn)證軟件仿真的正確性，利用一個(gè)具有垂直溝槽狀破損的轉(zhuǎn)子磁鐵在不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩作用下試驗(yàn)。試驗(yàn)證明，磁鐵缺陷故障會(huì)帶來(lái)明顯諧波現(xiàn)象，且低頻諧波所占比例較大。相對(duì)施加到轉(zhuǎn)子上的不同轉(zhuǎn)矩值，諧波嚴(yán)重程度更取決于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速值大小。磁鐵破損處的方向和形狀對(duì)定子電流和反電動(dòng)勢(shì)無(wú)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