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永磁电机转子磁钢退磁问题分析

发布时间: 2021-01-18 13:46

  永磁电机转子磁钢退磁问题分析_电力/水利_工程科技_专业资料。电机测试过程中一点经验,如有不当之处,请大家指正

  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。 一、永磁体的特性 1、永磁体的工作点及回复线、永磁体的退磁曲线为直线时(图一) ,k 点为退磁曲线的拐点,当电机带载工作点 在 k 点之上是,卸载后磁钢剩磁会沿着直线 Brk 回到 Br 点,当电机带载工作点在 k 点之下, 如 P 点,此时卸载后磁钢剩磁会沿着直线 RP 回到 R 点,此时已造成不可逆退磁。 1.2、永磁体的退磁曲线为曲线时(图二) ,当电机带载后,工作点为 A1,卸载后,回复 线S 作为回复线,此时如果电机带载工作点不超过 A1,则以 A1A2R 作为回复线,一旦带载工作点超过 A1,假如到了 A3 点,则会以 A3A4P 作为回复线,长此 下去,不可逆退磁将会越来越严重。 图一 退磁曲线为线性时的永磁体工作图 图二 退磁曲线为曲线、温度特性 温度的变化会引起磁钢性能的变化,特别是钕铁硼永磁体,它对温度很敏感(图三) ,当 温度超过一定值,材料磁性能将沿着曲线 逐渐降低,当温度恢复后,它的剩磁将会沿着曲 线 进行恢复,造成不可逆退磁。而从图四可以看出,常温下,钕铁硼永磁体的退磁曲线为 一条直线,没有拐点,当温度上升时,永磁体的退磁曲线出现拐点且拐点值随着温度的上升 而变得越来越大,最低工作点也将越来越高。 深圳市伟创电气有限公司 第 1 页 图三 钕铁硼材料的热退磁 图四 温度对退磁曲线、震动特性 永磁体在收到剧烈的震动或者是敲打后,有可能引起其内部畴发生变化,磁畴的磁矩方 向发生变化后, 磁钢磁性能会变差, 就会造成磁钢退磁。 4、时效特性 对永磁材料而言, 随时间的磁通损失与所经历时间的对数基本上成线性关系,因此, 电 机磁钢是有使用寿命的, 电机使用一定的年限之后, 磁钢的磁性能也会下降。然而目前还没 有见到钕铁硼永磁体因为时效而退磁,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。并且,电机 设计时还要充分考虑电机内部温升是否在 105K 以内, 如果超出此范围, 也将引起不可逆退磁。 3、使用不当引起的退磁 电机使用的环境恶劣, 特别是高温或在机械剧烈震动的情况下, 可能会使电机磁钢退磁; 此外,电机长时间过载情况下也会使电机由于温度过高而发生不可逆退磁。 深圳市伟创电气有限公司 第 2 页 三、针对实验中电机退磁进行分析 前期实验中,一台电机 SMM18-3Y4R4-U1NH5 发生退磁,当时实验时先带额定 负载做了温升实验,电机表面温度稳定后为 108℃,此后进行 T-I 曲线测试,在瞬 间三倍过载下,输出扭矩正常,也就是说该电机在三倍过载的情况下,电机的工 作点还在退磁曲线拐点之上,并不会发生不可逆退磁。然后进行过载实验,目的 是验证电机在我司驱动器的电机过载曲线下是否能正常工作。当电机过载倍数为 1.5 倍时,电机电流随时间的推移迅速增大,说明扭矩系数在迅速降低,电机正在 退磁, 当时电机表面温度为 120℃, 随即断电, 待电机恢复到常温后测试其反电势, 发现反电势降低了 13.7%, 电机发生不可逆退磁, 且退磁比例达到 13.7%。 经分析,6up 该电机退磁的主要原因是电机温度过高, 电机表面温度达到 120℃, 折算到内部转 子温度可能达到 150℃以上,该电机磁钢牌号为 N38SH,耐温为 150℃,所以说在 该种情况下会发生退磁,且由于退磁后电流在增大,产生更多的热量,内部温度 上升更快,又会发生进一步退磁。固该电机不适用于我司驱动器的电机过载曲线、更改电机设计,降低电机温升; 2、优化驱动器电机过载曲线,及时保护电机。 深圳市伟创电气有限公司 第 3 页