故障诊断在室内永磁同步电机退磁

文摘

因为高度的可靠性是必要的永磁同步电机,检测永磁体的退磁的前身是非常重要的。本文调查的诊断非常轻微的PM退磁。永磁体体积改变,模仿退磁的效果。探讨退磁的影响通过使用几种方法:3 d有限元分析(FEA)电机、高频阻抗的测量,测量和有限元分析的定子电压和电流矢量控制。我们得到以下结果。反电势与永磁体体积成正比,没有区别的退磁在径向和轴向方向。甚至谐波、次谐波通量密度的牙齿提示可以用作诊断如果搜索线圈安装。相对较低频率的阻力设在位置有助于诊断。定子电压矢量控制下,除了一个中间转矩范围很有用,和中间转矩所表达的是一个简单的方程。

1。介绍

永久磁铁(PMs)永磁同步电机(永磁同步电动机)可以退磁温度、定子电流大,大的短路电流逆变器或定子产生的错误,和磁铁本身的老化。此外,由于点材料经常被磁化后插入转子总成,有可能下午不是完全磁化的状态。因为高度的可靠性是必要的永磁同步电动机,经前综合症的退磁的前兆的检测是非常重要的1]。

已经有一些研究,探索方法探测点的退磁。Rajagopalan等人创建了一个磁铁缺陷凿了磁铁的一部分,然后测量定子电流(2]。Urresty等人多次贡献(1,3- - - - - -5]。他们分析了PM电动机的定子电流使用几种方法:简要地变换,基于计盒分形维数的方法,基于零序电压分量,和反电势的方法。刘和朱镕基还表明,磁化可以从反电势(估计6]。此外,为了确定磁铁温度引起的退磁,有些方法已经被提出(7]。一个可能的方法来确定转子温度实时条件下一个精确的磁链(8]。另一种方法是一个侵入性方法,估计通量变化的影响电动机的磁路从当前应对注入电压信号(9,10]。然而,在(1- - - - - -5点的体积是下降了16.7%。这些过去的研究点退磁的程度是相对较大。它会比能够检测退磁的发病为用户提供预先通知,磁铁开始是退磁。

尽管所有波兰人可能统一退磁由于上述退磁的原因,之前的研究创造了磁铁缺陷凿了永久磁铁的一部分或减少的体积只有一个极点。在这项研究中,只有一个极点的体积也减少了模拟退磁。为了处理不退磁情况与先前的研究相比,四经前综合症的体积减少了10%,20%,30%;即点材料的总量减少了2.5%,5.0%,和7.5%,分别在不同的实验(11]。两种类型的退磁考虑在内,也就是说,退磁在径向和轴向方向。

摘要物理变量可用于诊断少退磁在室内永磁同步电机由模拟和实验澄清。首先,电动势,电感、高频阻抗,气隙中的磁通密度调查。接下来,研究了电压和电流时,电机驱动的矢量控制策略。

2。与永磁转子永磁同步电动机的配置缺陷

图1(一)显示了一个实验性的永磁同步电动机的转子配置。这个电机的评级如下:1.5千瓦,3000分钟⁻¹,5.6,4.8 N m,四极机器。点体积的四柱之一是改变模仿退磁的效果。图1 (b)显示了一个实验性的永磁同步电动机的转子的照片。执行实验与几个汽车时,汽车会影响相对轻微的差异电动机性能尤其是退磁的数量很小。为了避免这个问题,我们执行相同的定子和转子实验使用不同的经前综合症。

图2(一个)显示了退磁径向方向。我们定义这个操作条件为径向退磁以后。一杆由四经前综合症,四个项目组成一个钢管的厚度减少了10%,20%,和30%,在不同的实验中,为了模仿退磁或不完美的磁化,如图2 (b)。图3(一个)显示了轴向方向的退磁。我们定义这个操作条件为轴向退磁以后。的轴向长度的两个4 pm /极是减少了20%,40%,60%,如图3 (b)。因此,点体积的一杆轴向退磁大约是一样的,对于径向退磁。为了消除偏心、非磁性材料被插入到地区点却降低了。经前综合症的数量如表所示1。在这里,健康意味着与完全磁化电动机经前综合症,-2.5%意味着电动机经前综合症退磁在径向方向上2.5%,-2.5%意味着电动机经前综合症退磁在轴向方向上2.5%。经前综合症是由0.1毫米的一步。

3所示。电动势的退磁马达

电动机在空载的流量分布采用三维有限元法计算。分析模型是1/2模型的轴向方向,因为没有在圆周方向上对称的条件。节点和元素的数量是132813和225758,分别如图4。

图5显示了计算电动势,当电动机旋转在1500分钟⁻¹。结果表明,经前综合症的电动势与体积成正比,电机和电动势的波形与径向轴向退磁的消磁是一样的。图6显示了测量电动势,当电动机旋转在1500分钟⁻¹。结果表明,测量电动势的波形是大约计算的一样。为了显示退磁和健康之间的差异情况下,表2显示了磁链,电动势的积分。众所周知,经前综合症的磁化可以从反电势(估计5,6,8]本文通过模拟和实验发现,减少电动机的磁链和退磁PMs等于体积减少点。没有区别在电机的反电动势与PMs退磁在径向和轴向方向。

图7显示了计算气隙磁通密度在中心和中心的轴向方向。从0.516 T磁通密度降低到0.481 T径向退磁,从0.516到0.479 T轴退磁θ= 315°。图8表明气隙的磁通密度在中心轴向和点体积。发现磁通密度正比于点体积无论退磁的方向。图9显示了计算气隙磁通密度在中心和θ= 315°。磁通密度几乎是平的方向。即使对轴向去磁磁通密度是0.479 T= 0和0.477 T= 42毫米。图10显示了磁通密度在气隙和的中心θ= 315°与点体积的比值。还发现,磁通密度正比于点体积无论退磁的方向。

图11显示的波形计算磁通密度在定子齿尖。它看起来像一个长方形的形状。注意,计算磁通密度-2.5%是几乎一样的-2.5%。图12显示了它的傅里叶组件。磁通密度对健康运动包括基本和谐波。另一方面,电动机的磁通密度与退磁PMs甚至包括谐波、次谐波以及基本和谐波。因此,如果一个搜索线圈安装在定子的齿尖,磁化的四柱甚至可以检测到谐波、次谐波磁通密度。没有区别的傅里叶组件与PMs退磁电动机径向和轴向方向。

4所示。阻抗对高频注入

高频信号注入已广泛用于永磁同步电动机无位置传感器的控制,这是也用点温度估计(10]。探讨高频阻抗的永磁同步电动机的诊断非常轻微的PM退磁。阻抗测量注入高频电压时之间和阶段。在这里,电机不转动;也就是说,没有基本的电压和电流。数据13和14显示测量阻抗100赫兹和2000赫兹的高频电压注入。在每个转子阻抗测量的位置。发现退磁强烈的影响出现在100 Hz的阻力。为了显示区别明显,相对误差和计算。数据(15日)和15 (b)显示的相对误差当转子位置是65度。和20度。,分别。图16显示了相对误差的阻力 。这是发现从图15相对误差大约是常数,但价值小于点体积的减速比。图16显示,电阻的相对误差比下午的减速比大卷在低频区域。因此,低频区域的阻力是有用的诊断退磁的点。它显示在图中16电阻的相对误差设在大于,在设在。文献[10]表明,点温度的表面点机可以估计高频电阻。本文阐明了经前综合症的退磁在室内点机可以从相对较低的频率估计阻力。此外,它已被澄清的阻力设在立场是比这更好的设在位置。

5。定子电压和电流矢量控制

报告的作者之一提出了一个方法,使用MATLAB / Simulink仿真模型如图17(12]。模型是一个典型的框图矢量控制的永磁同步电动机系统。在这个图中,两个控制循环使用;一个是内循环来调节定子电流通过转换- - -与转子位置相互重合,另一个是外循环控制电动机转速。生成PWM电压通过比较参考电压和截断三角载波波形如图17 (b)。在这个街区,定子电压降是考虑考虑输入电压降和一个逆变器电压降。图18显示了测量输入电压下降 。这个电压降可以表示为一个线性方程,由一块V直流下降如图17 (c)。众所周知,远期IGBT和二极管非线性特性随温度。为了简化分析,本文假设v- - - - - -我IGBT的特性和二极管是由持续的正向电压下降,v_Tr和v_D,分别和阻力,r_Tr和r_D,分别。逆变器的情况下积极的电流和负电流如图19。这封信代表一个晶体管的开关函数。当= 1,门上晶体管的信号,当= 0,门口下晶体管打开的信号。当= 1,定子电流为正,上晶体管打开,然后输出电压将下降v_Tr+我 r_Tr,如例1所示。同样的,当电流是负的,输出电压是转移了v_D +我 r_D如例3所示。4例图所示19可以用一块如图17日(d)。在模拟块,IPMSM建模的定子电阻,和电感和 ,和磁链。为了评估点的退磁效应,磁链的价值减少的模拟。相反,定子电阻是固定的,和电感和退磁的汽车被认为是相同的健康的运动,因为健康的差分电感的机器很小如图14和15。没有三相不平衡引起的EMF和电感单极退磁,因为定子绕组串联连接。虽然小可能产生振动和噪声,本文假定他们可以忽略不计。

图20(一个)显示了定子电流的基波分量与径向退磁。结果表明,定子电流大约与负载转矩成正比,由于退磁的差异非常小,当负载转矩很小,他们成为大当负载扭矩大。图20 (b)显示了- - -设在电流和 。作为控制是0,的特点等于定子电流如图20(一个)。图20 (c)显示了定子电压的基本组件。发现有差异由于退磁。当负载转矩小,电动机的定子电压退磁7.5%最低价值和健康的电动机具有最高的价值。相反,当负载转矩大,电动机的定子电压退磁7.5%具有最高的价值。电动机的定子电压和电流与轴向退磁图中所示的相同20.。

实验条件是0%、10%、20%、30%的额定转矩和速度为1500分钟⁻¹。图21显示了基波分量的定子电流和定子电压与径向IPMSM退磁。定子电流的基波分量变成大当负载扭矩大。当负载转矩小,电动机的定子电压退磁7.5%最低价值和健康的电动机具有最高的价值。相反,当负载转矩大,电动机的定子电压退磁7.5%具有最高的价值。这些结果大致相同,如图20.。电动机的定子电压和电流测量与轴向退磁也大约一样的仿真结果如图20.。我们认为仿真结果之间的差异和测量的是由于以下假设。仿真框图如图17使用永磁同步机模型点提供SimPowerSystem MATLAB / Simulink工具箱。因此,用这种方式忽略空间谐波。虽然实际电感和根据定子电流的值改变,他们假定为常数。然而,由于仿真结果大约相同的衡量,仿真结果与实验验证。

在这里,我们将讨论这些特点。当是0,控制电压、转矩方程表达的吗 在哪里 , , , , ,和是设在电压,设在电压、角速度、磁链、微分算子,分别和极对。从(3),如磁链成反比 , 的退磁时大型电动机负载转矩大,如图20(一个)。和磁链与磁体体积成正比,也就是说,消磁的情况。因此,退磁的点可以估计的定子电流矢量控制= 0。注意,定子电阻的变化由于定子温度变化产生同样的效果。

从(1)和(2),成正比和变成了0,当负载转矩小;也就是说,很小。相比之下,当负载转矩大,也就是说,变大,影响所示(2)。因此,退磁电动机的定子电压变大,如图20 (c)。交点的转矩驱动 在哪里和是健康的运动和退磁的通量联系电机,分别。这里假设和不改变退磁。因此,自成正比当= 0在无载,在空载定子电压对于退磁的诊断非常有用。

6。结论

本文研究的诊断非常轻微点退磁仿真和实验。磁链的减少,即电机的反电动势与退磁PMs,等于减少点体积,没有区别的退磁在径向和轴向方向。磁通密度在牙齿的电机退磁PMs甚至包括谐波、次谐波以及基本和谐波。经前综合症的退磁在室内点机可以从相对较低的频率估计阻力,和阻力设在立场是比这更好的设在位置诊断。定子电压矢量控制下,除了一个中间转矩范围很有用,和中间转矩所表达的是一个简单的方程。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

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