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永磁同步电机永磁体退磁机理与抗局部退磁优化研究

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永磁同步电机永磁体退磁机理与抗局部退磁优化研究

作者：刘曜哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

永磁同步电动机以其高效率、高功率密度、高转矩密度、宽调速范围等优点,成为电动汽车驱动的首选方案,但永磁体对于温度敏感,特殊工况下可能出现局部不可逆退磁,进而对电机输出性能造成显著影响。因此,开展永磁同步电机的退磁研究和抗... 详细信息

永磁同步电动机以其高效率、高功率密度、高转矩密度、宽调速范围等优点,成为电动汽车驱动的首选方案,但永磁体对于温度敏感,特殊工况下可能出现局部不可逆退磁,进而对电机输出性能造成显著影响。因此,开展永磁同步电机的退磁研究和抗退磁优化具有重要意义。本文针对永磁同步电机的退磁问题,以一台8极48槽,内置式永磁同步电机为研究对象,从温度和反向磁场两方面对永磁电机展开退磁分析,并在不增加永磁体用量且电机的性能依旧满足要求的前提下,提出了多组优化方案。首先,本文根据电机指标,通过对主要尺寸结构、气隙的大小、永磁体的厚度和宽度等设计因素的研究,利用有限元仿真软件,建立永磁电机的二维模型,并通过空载仿真、负载仿真以及高速运行时转子所受的应力进行校核,验证电机的合理性,为后文退磁分析和优化奠定基础。其次,论述了永磁体退磁机理,深入研究了电机在高温和大电流两种典型退磁原因下永磁体的退磁情况,并引入退磁“监测线”,总结了退磁域和退磁率与退磁因素的关系,得出了退磁首先发生在永磁体局部位置的结论。基于该结论并对退磁域进行计算,得出永磁体的临界退磁工作点、退磁的初步规律、不可逆退磁以及不同退磁程度对电机的影响,为抗退磁优化提供方向。最后,针对电机的退磁规律及现象,对电机转子结构进行抗局部退磁优化,分别做出优化永磁体槽和转子辅助槽、增设中间隔磁槽、增设旁通磁路和永磁体表面增设隔磁槽的优化方案。之后对这四个电机模型分别进行性能校核以及退磁分析,验证电机的合理性和抗局部退磁能力的提高效果。考虑到不同应用场合下,电机电磁性能和抗退磁能力的受关注度和权重不同,整合并对比所有方案的综合性能和抗局部退磁的能力,得出最合理的优化方案,为日后继续研究永磁同步电机永磁体的抗退磁提供参考和方向。

关键词：永磁同步电机有限元分析退磁转子结构优化

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永磁风力发电机匝间和退磁故障监测方法研究

永磁风力发电机匝间和退磁故障监测方法研究

作者：张天琦沈阳工业大学

学位级别：硕士

近年来,风能以其储量大、技术成熟度高、易开采等优势,在电力系统中扮演着越来越重的角色。直驱式永磁同步风力发电机具有高效率、低噪声、大功率密度等突出优势,已逐渐成为5MW及以上容量的风电机组的主流选择。但由于受到恶劣环境的影... 详细信息

近年来,风能以其储量大、技术成熟度高、易开采等优势,在电力系统中扮演着越来越重的角色。直驱式永磁同步风力发电机具有高效率、低噪声、大功率密度等突出优势,已逐渐成为5MW及以上容量的风电机组的主流选择。但由于受到恶劣环境的影响,永磁同步电机在运行过程中各种故障频发,从而影响风电机组的可靠性、经济性和安全性。本文以永磁同步电机的匝间短路和退磁两种故障为对象展开研究,设计了故障诊断方法,该方法可在故障发生的早期判断故障是否发生,进而提高机组的可靠性。本文在给出正常情况下的永磁同步电机的数学模型的基础上,分析了两种故障对电磁参数造成的影响,推导了匝间短路以及退磁故障情况下的数学模型,为模型的建立提供基础。针对星型三角型两种连接方式的永磁同步电机匝间短路故障的特点和诊断技术进行研究,比较了故障前后电机相关输出量的变化,分析了匝间短路时零序分量的变化。针对星型连接的永磁同步电机匝间短路故障,提出一种基于零序电压的故障诊断方法,该方法排除了其他因素对故障诊断的干扰,并利用FFT技术提取其基波,对故障进行检测,对于三角型连接的永磁同步电机,本文则是通过检测零序电流分量,完成故障的诊断。除此之外,还定义了故障指示量来消除转速对故障零序分量的影响。针对故障相的识别问题,利用零序分量的初始相位角的方法可有效的实现故障相的识别。针对永磁体的均匀退磁和局部退磁两种故障形式,分别给出了故障诊断的方法。对于均匀退磁故障,通过对电机退磁故障前后多个故障特征进行分析,提出一种基于磁链辨识的均匀退磁故障诊断方法,该方法可以快速有效的辨识永磁体磁链和反电动势;针对局部退磁故障,通过理论和仿真进行研究,进一步验证了以磁链和反电动势作为故障特征的局部退磁故障诊断的方法。因此对于两种退磁方式均可通过检测反电动势和磁链幅值的方式实现退磁故障的诊断,而且二者的幅值还可作为评估退磁程度的依据。本文提出的故障诊断方法可以实现两种故障的诊断,进一步提高风电机组的可靠性,降低风电机组运营成本,从而推动风电行业的发展。

关键词：永磁同步电机故障诊断匝间短路退磁

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同时考虑退磁和剩磁的有限体积法正演模拟

地球物理学报 2018年第11期61卷 4635-4646页

作者：欧洋冯杰赵勇贾定宇高文利中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所廊坊065000 国土资源部地球物理电磁法探测技术重点实验室廊坊065000 青海省第三地质矿产勘查院西宁810000

为分析同时考虑退磁和剩磁对磁测数据解释的影响,探讨了利用有限体积法求静磁场数值解的方法.从静磁场中的麦克斯韦方程出发,导出了有限体积法控制方程的离散表达式,对边界条件近似处理后求解方程组得到磁异常.通过与退磁改正计算结果对... 详细信息

为分析同时考虑退磁和剩磁对磁测数据解释的影响,探讨了利用有限体积法求静磁场数值解的方法.从静磁场中的麦克斯韦方程出发,导出了有限体积法控制方程的离散表达式,对边界条件近似处理后求解方程组得到磁异常.通过与退磁改正计算结果对比,验证了方法的正确性,并分析得到忽略剩磁的相对误差与科尼斯布格比(Q)相关;利用有限体积法计算长方体模型在无地磁场情况下的磁异常和内部磁化强度,从数值模拟上说明剩磁也需要进行退磁改正,并表明退磁作用对剩磁的影响不仅与磁化率相关,而且与剩磁的方向和磁性体的形态相关;组合模型的计算结果对比表明,退磁作用对剩磁的影响还会因为临近强磁性体的作用发生改变.在青海灶火河西工区的应用说明,开展同时考虑退磁和剩磁的解释方法对准确识别强磁性岩体具有实用价值.

关键词：退磁剩磁正演模拟退磁改正有限体积法灶火河西

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强剩磁强退磁条件下的二维井中磁测反演

地球物理学报 2013年第12期56卷 4297-4309页

作者：刘双冯杰高文利邱礼泉刘天佑胡祥云中国地质大学地球物理与空间信息学院武汉430074 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所河北廊坊065000

强剩磁、强退磁改变了总磁化强度的大小和方向,给磁测资料解释带来困难.为此,本文利用二维井中磁测数据反演磁化强度矢量的二维分布.首先利用井中磁测的磁异常模量反演磁化强度大小的分布.然后,在已知磁化强度大小分布的前提下,拟合磁... 详细信息

强剩磁、强退磁改变了总磁化强度的大小和方向,给磁测资料解释带来困难.为此,本文利用二维井中磁测数据反演磁化强度矢量的二维分布.首先利用井中磁测的磁异常模量反演磁化强度大小的分布.然后,在已知磁化强度大小分布的前提下,拟合磁场分量,反演磁化强度方向的分布.其中,磁化强度大小和方向均用共轭梯度法求解,并通过预优矩阵改善磁化强度大小的反演效果.理论模拟说明,该方法能准确获得磁化强度矢量分布.磁化强度矢量反演结果包括感磁、剩磁及退磁的影响,这为研究强剩磁、高磁化率矿床提供了一种有效方法.

关键词：井中磁测剩磁退磁磁异常模量共轭梯度法深部矿产

表面纹理磁盘滑动接触的温度和应力及退磁临界条件的研究

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摩擦学学报 2006年第5期26卷 461-466页

作者：刘金依刁东风谢友柏西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室陕西西安710049

采用应力场和温度场耦合的有限元方法,计算磁头/磁盘滑动接触下铝基磁盘磁层内瞬态温度场和应力场及退磁临界条件,分析接触压力、滑动速度、摩擦系数以及磁盘表面纹理对磁层内最大摩擦温升值和最大应力值的影响.结果表明:波形纹理表面... 详细信息

采用应力场和温度场耦合的有限元方法,计算磁头/磁盘滑动接触下铝基磁盘磁层内瞬态温度场和应力场及退磁临界条件,分析接触压力、滑动速度、摩擦系数以及磁盘表面纹理对磁层内最大摩擦温升值和最大应力值的影响.结果表明:波形纹理表面瞬间滑动接触所产生的温度分布呈波形特征,表面纹理越尖锐,磁层内的温度和应力越大;滑动速度对磁层内温度的影响大于对应力的影响;当磁层最大应力小于1.2 GPa时,所对应的速度和压力为安全工况;当温升大于180 K时所对应的工况将导致磁盘退磁.

关键词：硬盘磁头/磁盘滑动接触表面纹理退磁

在高速滑动接触条件下磁层退磁现象的试验研究

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机械工程学报 2013年第1期49卷 123-128页

作者：刘育良石德全娄佳张广玉哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 哈尔滨理工大学材料科学与工程学院哈尔滨150040 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080

运用磁编码系统对铝基磁盘预写入一定规律的数据,制得样品磁盘。以样品磁盘和皮米磁头为研究对象,利用OlympusCETR头盘界面可靠性试验系统,在高速滑动接触条件下进行磁盘刮痕试验;借助原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)和磁力... 详细信息

运用磁编码系统对铝基磁盘预写入一定规律的数据,制得样品磁盘。以样品磁盘和皮米磁头为研究对象,利用OlympusCETR头盘界面可靠性试验系统,在高速滑动接触条件下进行磁盘刮痕试验;借助原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)和磁力显微镜(Magnetic force microscope,MFM)观察试验后磁盘的形貌和退磁状态,并进行数据分析和统计研究。试验结果表明,在磁盘磨损严重的区域可以看到明显的退磁现象,这主要是由于机械划刮引起的。在宽度大深度浅的刮痕区域中的退磁现象主要是由于塑性变形引起的。在有些区域中,磁盘表面的硬碳层上仅有轻微的刮痕或者无明显的刮痕存在,同样也能在相应的区域中观察到退磁现象,这主要是由于磁头与磁盘间高速滑动摩擦所产生的热和磁盘各介质层间的热传导引起的。统计结果表明,在没有严重机械损坏的情况下,磁层的退磁状态与磁盘的刮痕深度和刮痕宽度没有特定的函数关系,此时热在退磁现象中起到重要的作用。

关键词：退磁高速滑动磁头磁盘界面接触

异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体退磁研究

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中国电机工程学报 2015年第23期35卷 961-970页

作者：唐旭王秀和李莹杨玉波张冉山东大学电气工程学院山东省济南市250061 中石化胜利油田技术检测中心山东省东营市257000

异步起动永磁同步电动机起动过程中,定转子电流产生的强退磁磁场可能导致永磁体发生不可逆退磁。该文采用二维有限元法,深入研究了W形转子结构异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体的退磁特点,分析了定转子基波磁动势对永磁体工作点... 详细信息

异步起动永磁同步电动机起动过程中,定转子电流产生的强退磁磁场可能导致永磁体发生不可逆退磁。该文采用二维有限元法,深入研究了W形转子结构异步起动永磁同步电动机起动过程中永磁体的退磁特点,分析了定转子基波磁动势对永磁体工作点的影响,以及永磁体最大退磁点出现的规律。结果表明:电机以不同负载条件及转子初始位置起动时,每个起动过程中永磁体退磁最明显的时刻可能出现在任意转速;随着负载转矩和转动惯量的增大,永磁体退磁最明显时刻的电机转速接近同步速的概率增大,永磁体遇到最严重退磁磁场的概率也将增大。电机正常起动过程中,很可能在永磁体边角位置发生不可逆退磁,位置比较固定且区域面积很小,不会对电机性能产生显著的影响。

关键词：异步起动永磁同步电动机退磁起动过程最小工作点磁动势

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基于磁滞回线的船材退磁过程理论分析

磁性材料及器件 2022年第1期53卷 64-69页

作者：刘月林吴轲娜周国华海军工程大学电气工程学院湖北武汉430033

船材的磁学性能极大地影响着舰船的磁性磁场,而大部分船材是由钢铁构成的铁磁性材料。铁磁性材料的退磁过程是将其原来相对有序的磁畴结构逐渐打乱成为磁畴结构“碎片化”的过程。从磁滞回线的磁化过程出发,依托磁畴理论,利用能量极小... 详细信息

船材的磁学性能极大地影响着舰船的磁性磁场,而大部分船材是由钢铁构成的铁磁性材料。铁磁性材料的退磁过程是将其原来相对有序的磁畴结构逐渐打乱成为磁畴结构“碎片化”的过程。从磁滞回线的磁化过程出发,依托磁畴理论,利用能量极小原理及临界磁场比较的方法,分析比较了常用退磁方法下铁磁性物质的磁畴角分布,从而在理论上获得了船材进行退磁处理后的磁性状态及其稳定性、船材退磁所需的最大临界磁场,对舰船消磁技术的优化与实现具有一定的理论指导意义。

关键词：退磁磁畴角分布磁化磁矩磁滞回线

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基于参数自调节评估电梯PMSM退磁的研究

中国特种设备安全 2023年第7期39卷 52-56,83页

作者：张传龙董恩源大连锅炉压力容器检验检测研究院有限公司大连116000 大连理工大学大连116000

本文提出了一种可以在电梯不拆机情况下对电梯永磁体退磁情况进行分析判断的新型的检测方法。为了验证本文设计的永磁同步电梯退磁检测分析设备,本文搭建了永磁同步电梯退磁检测分析实验平台。通过对比在退磁状况下永磁同步电梯永磁体... 详细信息

本文提出了一种可以在电梯不拆机情况下对电梯永磁体退磁情况进行分析判断的新型的检测方法。为了验证本文设计的永磁同步电梯退磁检测分析设备,本文搭建了永磁同步电梯退磁检测分析实验平台。通过对比在退磁状况下永磁同步电梯永磁体的相关实验数据,表明该系统可用于在用电梯的退磁检测分析。

关键词：电梯永磁体退磁检测永磁同步电机(PMSM)