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永磁同步电机具有低功耗、高功率密度、高转矩电流比、结构紧凑等优异性能,但因其转子含特有的永磁材料,相较于其它电机在运行中不可避免有发生失磁故障的风险。因此,本文在永磁体发生不同程度均匀失磁故障情况时,对永磁同步电机系统内部参数进行识别与分析其变化规律,并深入研究对电机外在性能产生的影响。为电机系统失磁故障诊断技术和在线监测提供理论支持,对保障永磁同步电机长期稳定、安全、可靠运行具有重要意义。
首先,本文对三种永磁材料进行分析与对比,得出钕铁硼永磁材料磁性能更强,并作为本次永磁体研究对象。描述了永磁材料退磁曲线、回复线、内禀退磁曲线和热稳定性,并结合电机中永磁体退磁原因进行分析,可知永磁体发生失磁故障程度的增大会加剧其磁性能恶化的程度。给出了永磁同步电机转子结构与特点,选用表贴式永磁同步电机为本体研究对象,并给出了相应数学模型,为后面研究电机内部参数与控制系统影响做基础。
然后,介绍了有限元法的基本思想与计算原理,叙述了选用数值计算时所需的边界条件、激励源和边值问题。给出了分析电机本体所需的电磁场理论及其核心麦克斯韦方程组,推算出应用于磁场计算所用的微分方程和分析方法。基于Maxwell仿真软件建立了表贴式永磁同步电机模型,在永磁体发生不同程度失磁故障时,对电机内部参数气隙磁场、电枢电流、感应电势和磁场磁链变化曲线进行数据分析,可知随着失磁程度的不断增加,电机参数变化程度越快,对电机影响越大。
最后,先对矢量控制策略进行分析,给出了SVPWM技术、基于PI调节器的电流环和转速环设计方案,并搭建了相应的Simulink仿真模块。在基于矢量控制系统并采用零直轴电流控制方式,建立电机整体系统仿真模型,论证了本系统具有较好的稳定性和鲁棒性。最后引入了全阶状态滑模观测器算法,并搭建电机系统仿真模型,在突加负载情况下,验证了电机控制系统整体具有更高的稳定性和鲁棒性,选择永磁体发生不同程度失磁故障情况下,对系统进行仿真分析。选择永磁体未发生失磁、30%失磁和60%失磁故障情况下,对所得到的电机转矩、转速和电流等曲线数据,进行分析和对比。可知永磁体随着失磁程度的加大,电机表现的各性能稳定性将降低,严重到一定程度时,电机整体系统甚至会出现数据失真直至崩溃。
首先,本文对三种永磁材料进行分析与对比,得出钕铁硼永磁材料磁性能更强,并作为本次永磁体研究对象。描述了永磁材料退磁曲线、回复线、内禀退磁曲线和热稳定性,并结合电机中永磁体退磁原因进行分析,可知永磁体发生失磁故障程度的增大会加剧其磁性能恶化的程度。给出了永磁同步电机转子结构与特点,选用表贴式永磁同步电机为本体研究对象,并给出了相应数学模型,为后面研究电机内部参数与控制系统影响做基础。
然后,介绍了有限元法的基本思想与计算原理,叙述了选用数值计算时所需的边界条件、激励源和边值问题。给出了分析电机本体所需的电磁场理论及其核心麦克斯韦方程组,推算出应用于磁场计算所用的微分方程和分析方法。基于Maxwell仿真软件建立了表贴式永磁同步电机模型,在永磁体发生不同程度失磁故障时,对电机内部参数气隙磁场、电枢电流、感应电势和磁场磁链变化曲线进行数据分析,可知随着失磁程度的不断增加,电机参数变化程度越快,对电机影响越大。
最后,先对矢量控制策略进行分析,给出了SVPWM技术、基于PI调节器的电流环和转速环设计方案,并搭建了相应的Simulink仿真模块。在基于矢量控制系统并采用零直轴电流控制方式,建立电机整体系统仿真模型,论证了本系统具有较好的稳定性和鲁棒性。最后引入了全阶状态滑模观测器算法,并搭建电机系统仿真模型,在突加负载情况下,验证了电机控制系统整体具有更高的稳定性和鲁棒性,选择永磁体发生不同程度失磁故障情况下,对系统进行仿真分析。选择永磁体未发生失磁、30%失磁和60%失磁故障情况下,对所得到的电机转矩、转速和电流等曲线数据,进行分析和对比。可知永磁体随着失磁程度的加大,电机表现的各性能稳定性将降低,严重到一定程度时,电机整体系统甚至会出现数据失真直至崩溃。