一臺W型釹鐵硼永磁體自起動永磁同步電動機在起動過程中的退磁情況,分析了同一永磁體不同點的退磁狀況,以及施加不同負載與不同電壓時對永磁體的退磁的影響,并得出永磁體邊角處更易退磁、低壓起動及重載起動時永磁體退磁風險較大3個主要結論。就降低電動機退磁風險提出了一種解決方案,對實際運行中分析永磁體性能和改進電動機設計具有重要意義。
永磁同步電動機具有能量密度高、效率高、結構簡單等優點,隨著電動機技術的發展和人們對永磁材料研究的深入,永磁電動機在國民經濟的各個領域都得到了極其廣泛的應用。異步起動永磁同步電動機采用異步自起動方式,可靠性高,體積小,運行經濟,它依靠定子旋轉磁場與籠型轉子相互作用產生的異步轉矩實現起動,正常運行時,轉子運行在同步速,籠型轉子不再起作用。
永磁體性能對永磁電動機影響很大,不可逆退磁將會直接影響到電動機的空載反電勢及輸出轉矩,嚴重時電動機甚至喪失磁性。永磁體的退磁主要受溫度、外加磁場、振動退磁、氧化、腐蝕、以及時間等因素的影響。
文獻[5,7]分別從電動機磁場由鼠籠異步電動機效應磁場、變頻發電機效應磁場和永磁體磁場合成和定子電流產生退磁磁場而鼠籠導條在起動過程中,對其有屏蔽作用兩個不同的角度,較為詳盡地分析了永磁體產生不可逆退磁的原因,并通過非直接的手段預測了永磁體退磁風險最大的時刻及相應程度。
文獻[8]利用Ansoft軟件對電動機起動過程中的轉速、電磁轉矩變化進行了仿真以驗證數學建模的正確性,對永磁體在起動過程中的變化研究較少。文獻[9]分析計算了永磁體在起動過程中的平均工作點變化情況,未能涉及永磁體上不同點的工作點狀況。
本文通過對永磁體參考點徑向磁密的分析確定了各狀態下永磁體的最大風險退磁時刻,并繪出相應時刻永磁體磁場強度圖片,清晰、直觀地表現了永磁體各點的退磁情況。采用“控制變量法”,對永磁體的退磁變化進行了分析[14],并提出一種改善方案,以降低起動過程中的去磁風險。
圖15 改進前后永磁體退磁情況
結論
本文以一臺15kV、4極鼠籠轉子結構的異步起動永磁同步電動機為例,分析了電動機在不同條件下起動時的永磁體退磁狀況。利用Ansoft Maxwell仿真,得出永磁體邊角處比中心處更易退磁和對于“W”型永磁體,同一極下的兩塊永磁體之間間隔越近、退磁風險就越大的結論。
通過對參考點在充磁方向上磁密的比較,得出電動機在不同電壓下,空載起動時永磁體的退磁風險隨起動電壓的降低而增大和額定電壓起動時重載最易退磁、輕載最不易退磁兩個主要結論,揭示了電壓和負載對起動時永磁體退磁的影響。
本文最后基于低壓起動時的電動機模型提出了一種改進方法并驗證其可行性,為實際電動機設計中降低去磁風險提供了一種新思路。