永磁同步电机失磁故障的对策分析
1.引言
永磁同步电机由于其结构简单、运行可靠、损耗少、功率密度高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，应用范围极为广泛，遍及航空航天、国防、工农业和产和日常生活的各个领域。目前，永磁电机的应用领域仍在不断的拓展，风力发电、电动汽车等新能源领域也在大量使用永磁电机。因此，为了确保像电动汽车这样的应用系统以及其它对可靠性要求更高的应用领域的安全性，必须重视永磁同步电动机运行的可靠性和稳定性。
嵌入电机内的永磁体是永磁同步电机重要的结构部件，它的磁性能直接影响永磁同步电机的效率、性能和可靠性。在温度、电枢反应及机械振动等因素影响下，嵌入电机内的永磁体可能会产生不可逆失磁，使电机性能急剧下降，甚至有可能导致电机停转，对于像电动汽车这样的应用系统，永磁电机的突然失磁是非常危险的。因此，分析永磁同步电机的永磁体磁性能及失磁故障，对电机安全高效运行具有十分重要的意义[1][2]。
2.国内外研究现状
近年来，国内外对永磁材料的失磁机理和永磁同步电机的失磁故障进行了广泛的研究。文献[3]对稀土永磁材料的交流失磁现象进行研究，总结出稀土永磁材料表面磁感应强度在不同频率的交变磁场作用下随时间的变化规律。文献[4]针对稀土永磁同步电机在运行一段时间后性能下降这一现象，分析了引起电机失磁的原因，提出了在检修和运行中避免失磁的一些有效方法。文献[5]提出了一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。文献[6][7]中通过建立参数模型或有限元模型来研究电机的失磁故障，提出了一些对永磁同步电机失磁故障的监测方法。文献[10]对失磁故障原因进行了全面的分析，提出了离线和在线检测方法。基于永磁体磁场状况的动态监测，可防止永磁电机失磁状况的恶化，降低不可逆失磁程度。文献[13]提出一种改进的反电势法，可用于永磁体磁链估计。
3.永磁同步电机失磁的发生
任何磁性材料都存在材料自身的磁性能稳定问题。永磁材料也具有失磁特
性，当嵌入电机内作为励磁磁极后，受电机运行时温度、电枢反应、机械振动以及其它因素的综合影响，永磁体发生不可逆失磁的风险增加，导致电机的性能下降甚至使电机停转。
●机械与化学原因
引起永磁体失磁的机械方面的原因主要是发生剧烈振动使永磁体破损、碎裂，磁畴的磁矩方向发生变化从而使永磁体磁性能下降。化学失磁主要是由于永磁体表面处理不当，或表面镀层破坏导致永磁体暴露而锈蚀引起的。
●温度
温度对永磁体的磁性能有很大的影响。在永磁体使用过程中，环境温度处于变化中，其磁性能随着温度的变化而变化，在其它工作条件都正常仅温度升高时，永磁体有可能产生不可逆失磁。
●冲击电流
电机发生短路故障或瞬时过载产生的冲击电流都会引起同步电机失磁的发生。
●涡流
在电机处于负载工况时，特别是高速弱磁时，电机的合成磁场存在大量谐波，将在永磁体表面产生涡流，导致永磁体温度升高，增加了永磁体的失磁风险。●去磁磁场
如果控制系统不稳定，在高速时会产生过大的去磁电流，可能导致永磁体失磁。
4.失磁对电机性能的影响
失磁对同步电动机有很大危害。永磁电机中的永磁体失磁后,电机的性能下降，出力不足。如果失磁严重，电机将不能驱动负载甚至被烧毁。
假定在某一恒定负载下，永磁体发生了不可逆失磁，磁性能就会降低，剩余磁感应强度会下降。如果电机负载不变，即要求输出的电磁功率不变，必然会使功角增大和电流增加来产生与负载平衡的电磁力矩。随着永磁同步电机不可逆失磁的产生，电机的铁损和铜损都会增加，电机效率明显下降[11]。
永磁同步电机在设计时，通常会把空载反电动势设置在一个合理的范围，以便节省永磁材料、提高功率因素和电机效率。失磁发生后，永磁体磁性能的改变
直接影响气隙磁场的分布，气隙磁通的基波及谐波幅值也将发生改变。若电机仍以额定转速旋转，在定子绕组中产生的感应电动势将随之发生改变。空载感应电动势（反电动势）是反应电机永磁体磁性能最直接的变量。反电动势的大小不仅决定电机运行于增磁状态还是去磁状态，而且对电机的动态性能和稳态性能都有很大的影响。研究反电动势的变化便可以直接掌握永磁体磁性能的变化。
5.永磁电机失磁的检测方法
5.1仪器检测
文献[4]中提出了用仪器检测电动机的气隙磁场来判断电机是否失磁。主要检测方法可分为以下几个方面：
●特斯拉计
特斯拉计（高斯计）是根据霍尔效应制成的，可以方便地测试气隙中的磁场、磁体的表面磁场和距磁体一定距离的磁场。测试时，转动霍尔探头，使之与磁场方向垂直。特斯拉计测试的磁场是霍尔片上的平均磁场，接近于点测试，可以测出磁场的不均匀性。
●磁通表
磁通表（韦伯计）是利用电磁感应定律测量磁通量的直读仪表。当测试线圈从磁场中抽出时，磁通表指针发生偏转。线圈内被测磁通或磁通密度可用仪表说明书中给定的公式计算。用抽拉线圈方法可以测得线圈面积内平均磁通密度或磁场值。
●直流磁特性测试仪
直流磁特性测试仪能够同时测试材料的Br，Hc，其工作原理是用电子磁通计测出在外磁场作用下磁化强度或磁感应强度的变化，同时用另一电子磁通计或霍尔探头测出空隙中磁场的变化，将信号分别输入X—Y记录仪的x端和y端，由此自动记录材料的退磁曲线和磁滞回线。
仪器检测虽然简单易实现但并不准确，不能对失磁机理进行深入的分析。除上述方法之外，还有Matlab仿真，有限元分析法等。
5.2 Matlab仿真
Matlab提供了强大的信号处理能力和图形处理能力，在此基础上结合Matlab
可视化编程功能对电机故障诊断中信号处理部分进行可视化编程，使得信号处理过程简单方便，并且能够对信号进行多种变换，有利于诊断人员观察故障特征，得出正确的故障诊断结果。
5.3有限元分析法
有限元法是将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片地表示求解域上待求的未知场函数，从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题[9]。有限元法在20世纪40年代被提出后逐渐应用于飞机设计和工程电磁分析领域，能对复杂的电磁场进行高精度求解。它具有适应复杂边界条件或边界形状、较高的求解精度、能求解非线性问题等优点，因此，特别适合求解电机这类边界条件复杂、存在非线性材料的磁场问题。
5.3.1 电磁场有限元法
电磁场有限元法是对电磁场偏微分方程求数值解，它的求解步骤是首先将整个求解区域离散化，分割成许多小的区域，称之为“单元”或者“有限元”。然后将偏微分方程的边值问题等价为条件变分问题及泛函数求极值的问题，利用剖分插值在单元上构造插值函数，离散化变分问题为普通多元函数的极值问题，以及最终演变成求解一组多元代数方级组，这些方程的解就是待求边值问题的数值解。通过电磁场有限元法求得各点磁位后，再通过变换（即后处理）就可以得到分析所需要的力、转矩、损耗、电抗、电动势等参数[11] 。
5.3.2 电磁场仿真软件Ansoft介绍
如果借助有限元电磁场仿真元件，电机设计和故障分析会变得非常方便，其求解精度满足工程要求，且速度相当快。Ansoft是世界著名的商用电磁场有限元软件之一，主要用于设计和分析各种电磁设备和机电设备，例如：电机、变压器、传感器及其它电磁设备。它基于麦克斯韦方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解，具有操作界面友好，能够进行分布式计算和并行计算，求解准确性高等特点。Ansoft 能够自动自适应产生适当、高效和准确的网格剖分，这种自动自适应剖分技术可以使有限元分析变得更简单。利用Ansoft软件，可以分析电机在不同工况下的磁场分布情况，获得各种性能参数曲线与数据。
6.总结
通过以上文献资料的整理，大致确定了对永磁同步电机进行失磁诊断的思路：基于功能强大的有限元电磁场仿真软件Ansoft对永磁同步电机进行建模仿真，模拟其发生失磁故障，对失磁状态下的空载反电动势频谱进行分析，并与正常状态下的运行情况进行比较；同时分析电机在额定负载下失磁后一些状态参数的变化情况。
参考文献
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永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 专业：电气工程及其自动化 学生： 学生学号: 学生班号:
本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。 稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。 本文主要研究容是对置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。 分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。 关键词：置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模
目录 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 (1) 一、研究的问题 (4) 二、研究方法 (5) 2.1 永磁电机的数学模型 (5) 2.2弱磁调速原理 (6) 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 (7) 2.4 仿真结果 (11) 三、解决效果 (12) 3.1 结论 (12) 3.2感悟与体会 (12)
永磁同步电机失磁故障的对策分析 1.引言 永磁同步电机由于其结构简单、运行可靠、损耗少、功率密度高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，应用范围极为广泛，遍及航空航天、国防、工农业和产和日常生活的各个领域。目前，永磁电机的应用领域仍在不断的拓展，风力发电、电动汽车等新能源领域也在大量使用永磁电机。因此，为了确保像电动汽车这样的应用系统以及其它对可靠性要求更高的应用领域的安全性，必须重视永磁同步电动机运行的可靠性和稳定性。 嵌入电机内的永磁体是永磁同步电机重要的结构部件，它的磁性能直接影响永磁同步电机的效率、性能和可靠性。在温度、电枢反应及机械振动等因素影响下，嵌入电机内的永磁体可能会产生不可逆失磁，使电机性能急剧下降，甚至有可能导致电机停转，对于像电动汽车这样的应用系统，永磁电机的突然失磁是非常危险的。因此，分析永磁同步电机的永磁体磁性能及失磁故障，对电机安全高效运行具有十分重要的意义[1][2]。 2.国内外研究现状 近年来，国内外对永磁材料的失磁机理和永磁同步电机的失磁故障进行了广泛的研究。文献[3]对稀土永磁材料的交流失磁现象进行研究，总结出稀土永磁材料表面磁感应强度在不同频率的交变磁场作用下随时间的变化规律。文献[4]针对稀土永磁同步电机在运行一段时间后性能下降这一现象，分析了引起电机失磁的原因，提出了在检修和运行中避免失磁的一些有效方法。文献[5]提出了一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。文献[6][7]中通过建立参数模型或有限元模型来研究电机的失磁故障，提出了一些对永磁同步电机失磁故障的监测方法。文献[10]对失磁故障原因进行了全面的分析，提出了离线和在线检测方法。基于永磁体磁场状况的动态监测，可防止永磁电机失磁状况的恶化，降低不可逆失磁程度。文献[13]提出一种改进的反电势法，可用于永磁体磁链估计。 3.永磁同步电机失磁的发生 任何磁性材料都存在材料自身的磁性能稳定问题。永磁材料也具有失磁特
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究 摘要 永磁同步电机是数控机床、机器人控制等的主要执行元件，随着稀土永磁材料、永磁电机设计制造技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和进步，永磁同步电机控制技术成为了交流电机控制技术的一个新的发展方向。基于它的优越性，永磁同步电机获得了广泛的研究和应用。本文对永磁同步电机的弱磁控制策略进行了综述，并着重对电压极限椭圆梯度下降法弱磁控制、采用改进的超前角控制弱磁增速、内置式永磁同步电动机弱磁控制方面进行了调查、研究。 关键词：永磁同步电机、弱磁控制、电压极限椭圆梯度下降法、超前角控制、内置式永磁同步电动机 一、永磁同步电机弱磁控制研究现状 1．永磁同步电机及其控制技术的发展 任何电机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°电角度，因此可以独立调节；而交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。因此，交流电机的转矩控制性能不佳。经过长期的研究，目前交流电机的控制方案有：矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制等[1]。 1．1 矢量控制 1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理，经过不断的研究与实践，形成了现在获得广泛应用的矢量控制系统。矢量控制系统是通过坐标变换，把交流电机在按照磁链定向的旋转坐标系上等效成直流电机，从而模仿直流电机进行控制，使交流电机的调速性能达到或超过直流电机的性能。 1．2 恒压频比控制 恒压频比控制是一种开环控制，它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出进行控制，使电机以一定的转速运转。但是它依据电机的稳态模型，从而得不到理想的动态控制性能。要获得很高的动态性能，必须依据电机的动态数学模型，永磁同步电机的动态数学模型是非线性、多变量，它含有角速度与电流或的乘积项，因此要得到精确控制性能必须对角速度和电流进行解耦。近年来，研究了各种非线性控制器，来解决永磁同步电机非线性的特性。 1．3 直接转矩控制 矢量控制方案是一种很有效的交流伺服电机控制方案，但是由于该方案需要进行矢量旋转变换，坐标变换比较复杂。此外，由于电机的机械常数慢于电磁常数，矢量控制中转矩响应的速度不够迅速。针对矢量控制的上述缺点，德国学者
永磁电机转子磁钢退磁 问题分析 The manuscript was revised on the evening of 2021
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B r k回到B r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。 、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，回复线不会与曲线A1R重合，而是以A1A2S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时的永磁体工作图 2、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1逐渐降低，当温度恢复后，它的剩磁将会沿着曲线2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。 图三钕铁硼材料的热退磁图四温度对退磁曲线的影响 3、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。
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 1.1、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B r k回到B r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，回复线不会与曲线A1R重合，而是以A1A2S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时的永磁体工作图 2、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1逐渐降低，当温度恢复后，它的剩磁将会沿着曲线2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。
永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告
专业：电气工程及其自动化 学生姓名： 学生学号: 学生班号:
本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。 稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。 本文主要研究内容是对内置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。 分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。 关键词：内置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模
目录 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 (1) 一、研究的问题 (5) 二、研究方法 (5) 2.1 永磁电机的数学模型 (5) 2.2弱磁调速原理 (7) 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 (8) 2.4 仿真结果 (11) 三、解决效果 (13) 3.1 结论 (13) 3.2感悟与体会 (13)
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/7615277275.html, 永磁同步电机内永磁体退磁分析 作者：马博李博 来源：《科学与信息化》2018年第08期 摘要随着国内科技水平的逐渐提高，对于稀土永磁电机的应用也越来越广泛，相比于传统的电励磁电机相比结构更为简单，从整体上减少了应用过程中的加工和装配产生的费用，效率高控制性能也较强。研究与开发高性能的稀土永磁电机能够有效促进国内生产发展，而研究的重点和难点就在永磁磁场的波动与永磁体失磁的问题。 关键词永磁电机；退磁；原理 近年来国内经济科技的迅猛发展使得很多新兴机械应用于生产工作中，稀土永磁电机就是其中一例。稀土永磁电机的效率高、功率密度大，且具有良好的控制性能，相比于老式的电机结构更加简单明了，运行也十分稳定。随着应用和研究的不断深入，人们发现永磁体存在磁场波动和退磁的问题，直接影响了永磁电机的应用和运行。另外，随着永磁体退磁，磁体内部与电机内的电流和升温以及功角存在相互影响的现象，一旦发展没有得到遏制，就会直接影响电机内部使其发热和破坏转矩的性能，这种情况下，电机一旦应用不当或者是管理存在漏洞没能及时发现问题，电机就会直接报废。因而分析永磁体退磁对于永磁体电机的应用于发展具有重要的意义。 1 永磁体的性质概述 简单来说，永磁体实际上就是一种通过外部的磁场饱和或者进行充磁之后能够保持其磁性和磁力的一种磁性功能材料，这种材料具有一定的稳定性，后期对于外部的能量需求较少并且能够持续且较为稳定的提供磁场，因而也被称之为硬磁材料。这种材料的具体分支十分庞大，根据其制造方式与磁体内部组成成分之间的差异，可以分为铸造永磁体、烧结永磁体、可加工永磁体和黏结永磁体。其中烧结永磁体根据成分可分为铁氧体和金属磁体，可加工永磁体可分为锰铝碳永磁和铜镍铁永磁等五种类型。可以说是选择非常丰富的磁性材料了，应用方面相当广泛。对于永磁电机而言，组成磁极的永磁材料是至关重要的，这种材料的磁性能直接关系着永磁电机的各项素质。例如电机内部的磁路尺寸，电机的整体体积以及相关的功能指标都与电机内部的磁性材料密切相关，甚至影响的着电机的运行效果和运行特性。在非铁磁材料中，随着磁通密度与磁场强度之间的变化和饱和度的差异形成了一条具有其变化性质的曲线，一般称之为磁化曲线，根据曲线的发展变化会存在一个使得非磁性物质存在磁滞性，永磁材料的退磁曲线能够描述其应用特性[1]。 2 永磁电机内永磁体的退磁方式和原因 2.1 退磁方式及原因
0引言 电机的失磁程度将时刻影响永磁电机的稳定运行[1-3]，因此实现对永磁电机磁链的观测及其重要。近年来，有很多学者研究永磁电机的磁链观测[4-9]。文献[7]提出一种基于最小阶扩展磁链滑模变结构观测器，该观测器能准确观测转矩和永磁体磁链信息。文献[8]提出了一种磁链非奇异终端滑模观测（NFTSMO ），在考虑电阻扰动的同时检测失磁故障。文献[9]提出了一种控制方法用于转子磁链失磁诊断和不对称的定子电阻的观测。 以上研究通过各种方法对永磁电机磁链进行观测，或未考虑参数变化，或考虑电阻变化。然而，在电机的运行过程中，电机参数的扰动是不可避免的，因此本文针对电感这一电机参数发生扰动的情况，设计了一种自适应滑模观测器，对永磁磁链幅值失磁进行实时观测。 1问题的描述 同步旋转d-q 坐标系下，永磁同步电机（PMSM ）的数学模型[10] 为 （1） 由于本次研究针对幅值失磁的情况，即永磁磁链的失磁方向始终发生在d 轴方向，q 轴方向没有失磁。 因此方程（1）在考虑电感扰动情况下，可化简 为 （2） 其中，ΔL 为电感的变化值。使 ，其中 ，整理可得 —————————————————————— —课题项目:湖南铁道职业技术学院校级课题：表贴式永磁同步电 机的失磁故障诊断（K201719）。 作者简介:张淼滢（1991-），女，硕士，研究方向为电力传动技术 及其故障诊断；肖凡（通讯作者）（1991-），男，硕士研究生，研究方向为电力传动技术及其故障诊断；邵瑞（1984-）：女，硕士，讲师，研究方向为现代控制理论及其在电力电子中的应用；邓昭俊（1987-），男，硕士，研究方向为电力系统及其自动化。 一种永磁同步电机幅值失磁故障诊断方法 张淼滢①;肖凡②;邵瑞①;邓昭俊① （①湖南铁道职业技术学院，株洲412001；②湖南工业大学，株洲412007） 摘要:针对永磁同步电机幅值失磁，提出了一种永磁同步电机幅值失磁故障诊断方法。该方法通过建立旋转坐标系下的永磁同步 电机数学模型，构建出一种自适应与滑模结合的观测器。针对电感扰动下的幅值失磁，给出了失磁磁链的自适应算法，并借助Lyapunov 稳定性理论证明其稳定性。最后，通过Matlab 仿真证明了所提方法的可行性和有效性。 关键词:永磁同步电机；幅值失磁故障；自适应滑模观测器 个故障特征来进行故障诊断的准确性则较高。信息融合方 式在信息处理方面有着较强的能力，使用信息融合方式处理信息，有利于提高诊断的准确性。柴油机的故障诊断工作是一项复杂的工作，并且在诊断工程中会出现多种不确定因素影响诊断，不确定因素对信息融合方式产生的影响微乎其微，信息融合方式是诊断柴油机故障的较好方式。 3柴油机故障诊断技术的发展前景3.1智能化柴油机故障诊断技术因为柴油机的结构较为复杂，所以很多原因都有可能导致柴油机发生故障。由于导致柴油机发生故障的原因较多，因此人们在进行柴油机故障诊断的时候，可能需要耗费很长时间[3]。为减少柴油机故障的诊断时间，提高柴油机故障的诊断效率，未来，柴油机故障诊断技术会向智能化方向发展，会出现更为智能的诊断方法，逻辑性会更强、诊断速度会更快。 3.2系统化柴油机故障诊断技术在现有的诊断柴油机故障技术中，用到了多种理论，这些理论都属于非线性动力系统理论。非线性动力系统理论为柴油机故障诊断技术提供了理论参考。当前理论在柴油机故障诊断技术的应用过程中还存在很多问题，最主要的 一个问题是缺少实践性，若想使柴油机故障诊断技术更具实践性，应当提高非线性动力理论的适用性，形成系统化的 诊断技术[4] 。由于当前的柴油机故障诊断方法还存在一些缺点，人们应当对柴油机故障诊断方法进行不断改进。 4结论 通过以上描述可以看出，许多工业在生产方面离不开柴油机的使用，如果柴油机出现故障，会对企业的生产效益造成一定的影响，提高柴油机故障诊断技术，有利于及时发现柴油机出现的故障，有利于及时处理柴油机故障问题，有利于减少柴油机故障问题的发生。 参考文献: [1]牟伟杰，石林锁，蔡艳平，郑勇，刘浩.基于振动时频图像全局和局部特征融合的柴油机故障诊断[J].振动与冲击，2018，37（10）：14-19，49. [2]王凯，奚博文，王玉宝，顾鼎锡，刘英杰.基于故障树理论的船舶柴油机故障诊断系统的开发与测试[J].数码设计，2017，6（04）：56-65. [3]金炳哲，陈冬梅，徐在强.基于数据库与专家系统的柴油机故障诊断软件开发[J].柴油机，2017，39（01）：42-45. [4]郑小倩，胡仕强，吴舰.基于概率神经网络的柴油机故障诊断与预测研究[J].工矿自动化，2013，39（09）：104-108.
电动汽车用永磁同步电机直接 转矩弱磁控制 许峻峰1 冯江华2 许建平1 1.西南交通大学 2.株洲电力机车研究所 摘要:通过对电流限定轨迹、转速限定轨迹和负载角限定轨迹的介绍,阐述了电动汽车用埋入式永磁同步电机的弱磁控制过程,有效拓宽了永磁同步电机直接转矩控制系统的调速范围。由于永磁同步电机弱磁是通过电枢反应达到弱磁运行目的的,电枢反应对永磁同步电机的参数有着重要的影响,并且弱磁程度越高,电枢反应越大。因此考虑了永磁同步电机的电枢反应对于电机转子磁链和交直轴电感等参数的影响,对比了不考虑电枢反应时各控制轨迹及弱磁性能。通过M AT LAB/SIM ULINK实现了考虑电枢反应和不考虑电枢的永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。仿真结果验证了理论分析的正确性。 关键词:电动汽车 永磁同步电机 直接转矩 弱磁控制 Flux-weakening C ontrol of Direct Torque C ontrol of Permanent Magnet Synchronous Motor for Electrical Vehicle Xu Junfeng Feng Jiang hua Xu Jianping Abstract:Flux-w eakening control of interior permanen t magnet s ynchr on ou s motor(PM SM)is elaborated by th e pres entation of current limit trajectory,speed limit trajectory and load angel limit tr ajectory.Flux-w eaken ing control extends th e timin g range of the mach ine.For PM SM,flux-w eakening is realized by armatur e reaction.In flux-w eak enin g range,ar mature reaction w ill serious ly affect th e parameters of PM S M s uch as rotor flux,direct ax is inductance and quadrature axis ind uctan ce.T he control trajectories mention ed above and flux-w eakening contr ol performance of w ith and w ithout cons idering arm ature reaction are compared us ing M AT LAB/SIM U LINK.T he ration ality of theory analysis h as b een proved b y s imulation r esu lts. Keywords:electrical vehicle perman ent magnet synchronous motor(PM S M) direct torqu e control flux-w eakening control 1 引言 电动汽车对于驱动系统的基本要求是:低速时能输出恒定转矩,以适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求,高速时能输出恒定功率,能有较宽的调速范围,适应高速行驶,超车等要求。较强的弱磁性能能够在逆变器容量不变的情况下提高电动汽车的起动、加速能力及低速爬坡能力;或者说在保持电动汽车起动加速及低速爬坡能力不变的前提下降低电机的最大功率,从而降低逆变器的容量。因此对电动汽车驱动用永磁同步电动机进行弱磁控制,并且拓宽弱磁范围有着重要的意义。另外对永磁同步电动机进行弱磁控制可以拓宽电动汽车的运行范围,满足电动汽车高速运行的要求。 因为永磁同步电机的转子励磁磁场由永磁体产生,不能像异步电机一样直接减弱转子磁场,所以弱磁控制便成了永磁同步电机的研究热点。其弱磁控制原理是通过增加定子直轴电流利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱,达到等效于减弱磁场的效果,从而达到弱磁增速的目的。针对这一 国家自然科学基金项目(50077018),国家教育部博士学科点专项科研基金项目(20020613010)
永磁同步电机弱磁控制方法 摘要：永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用。永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求，对其进行弱磁控制并拓宽调速范围有着重要意义。本文针对现在常用的几种永磁同步电机弱磁控制方法进行综述。基于控制对象的不同，对弱磁控制方法进行分类，并详细介绍了目前比较常见的负id 补偿法、查表法、梯度下降法、电流角度法、单电流调节器法等方法,分析了各方法的原理及特点，得出以电压为控制对象的弱磁方法具有一定发展前景的结论。 关键词：永磁同步电机；弱磁控制；内置式永磁同步电机；矢量控制 The Field Weakening Control Strategy of Permanent Magnet Synchronous Motor Abstract: PMSM because of its high power density, high reliability and high efficiency characteristics, at a higher speed requirements of electric vehicle drive system has been widely used. PMSM weakening control technology must be used to meet the needs of a wide speed range . And because of its salient pole effect, it is of great significance to broaden the scope of the weak magnetic field of IPMSM. In this paper, the commonly used weakening control method of PMSM are reviewed.Based on the different control object,we classify the weak magnetic control method, and introduces in detail the negative id compensation method, look-up table method, gradient descent method, current angle method, single current regulator method that is used commonly at present, analyzes the principle and characteristics of each method.Finally, we conclude that voltage control field weeking method has development prospects . Key words: PMSM; the field weaking control; IPMSM;FOC 1引言 永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用[1, 2]。永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求。永磁同步电机弱磁控制的思想来自对他励直流电机的调磁控制，对永磁同步电机弱磁控制的研究始于20 世纪80 年代中期[3, 4]。并于90 年代初形成了完善的弱磁理论[5]。内置式永磁电机结构简单、鲁棒性高、造价低。对内置式永磁电机进行弱磁控制并拓宽弱磁范围有着重要意义[6]。由于永磁同步电机的励磁磁场是由永磁体产生，在转速要求较高需要弱磁运行的场合难以实现，在某些应用场合受到限制。因而研究永磁电机的弱磁扩速问题，无论是从控制角度还是本体结构的合理设计选取的角度，一直是国内外学者研究解决的热点[7]。所以有必要对现有的永磁同步电机弱磁控制方式进行综合分析研究。本文将针对现在常用的几种永磁同步电机弱磁控制方法进行综述。文中基于控制对象的不同，对弱磁控制方法进行分类，并详细介绍了目前比较常见的负i d补偿法、查表法、梯度下降法、电流角度法、单电流调节器法等方法。 2 永磁同步电机弱磁控制研究现状 2.1永磁同步电机控制技术的研究现状 近二十年多年来电动机矢量控制、直接转矩控制等控制技术的问世和计算机人工智能技术的进步，使得电动机的控制理论和实际控制技术上升到了一个新的高度。目前，永磁同步电机调速传动系统仍以采用矢量控制的为多。 矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制。从式(1)可以看出，当永磁体的励
永磁同步电机弱磁调 速
永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 专业：电气工程及其自动化 学生姓名： 学生学号: 学生班号:
摘要 本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。 稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。 本文主要研究内容是对内置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。 分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。 关键词：内置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模
目录 目录 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 (2) 一、研究的问题 (5) 二、研究方法 (5) 2.1 永磁电机的数学模型 (5) 2.2弱磁调速原理 (7) 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建 立 (8) 2.4 仿真结果 (11) 三、解决效果 (13) 3.1 结论 (13) 3.2感悟与体会 (13)
永永磁电机综述及退磁分析 1能源的重要 1,1可再生能源研究现状及发展趋势 能源是当今社会存在和发展的基础，随着人们生活水平的提高和社会的发展，人类对能源的需求正在逐渐增大，而能源的短缺正成为制约社会发展的重要因素。对传统能源的开发利用不仅受到资源有限的限制，而且在能源使用的过程中还会产生温室效应和环境污染等全球性问题。因此，通过对新型能源的开发，实现资源的持续利用和人类社会可持续发展具有重要作用。目前可以对新型能源进行开发利用的主要有光伏发电、风力发电、潮汐能发电以及生物能和水力能发电等。近年来，随着电力电子技术的发展，风力发电的利用及其优势开始显现，它是可再生能源中技术最成熟、发展速度最快、最具有商业发展潜力的新能源之一；光伏发电技术具有对环境影响小的优点，但是太阳能光伏电池板和逆变器的高成本限制了其在光照强度不强的地区的应用；潮汐能发电具有对地理位置要求高，发电设备需安装在海底，稳定性差等缺点，因此很难进行大规模开发利用；生物能和水能的利用同样受到地域、成本以及环境的影响，因此对生物能和水能的开发利用也较难。 1.1.1 全球可再生能源研究现状及趋势 进入21世纪，世界各国都加大对风能、光伏等可再生能源的研究利用。发展可再生能源己经成为许多国家对能源进行研究和开发的主要内容。2006年3月，欧盟首脑会议确定到2020年风能、光伏等新型能源消费总量要占到传统能源消费总量的20%；2011年美国提出到2030年全美20%的电力供应由风力发电提供，生物燃料消费量要占汽车燃料消耗量的30%以上；印度在2009年风电装机容量已达到1100万千瓦时，装机总容量排在世界第5位；巴西通过利用甘蔗等本地资源大力发展生物能，到2008年底生物燃料总产量已达两千多万吨，并且计划到2030年底生物能年产能达到750亿升，从而将生物能的生产作为巴西经贸的主要资源。 目前，全球己有60多个国家制定了相关的法律、法规或行动计划，通过立法的强制性手段保障可再生能源战略目标的实现。到2009年底，全球风能和太阳能等可再生能源总共约贡献了1.7%的发电量，占全球能源消费总量的0.7%。风力发电总装机容量增长了31%，生物燃料发电量增长了8%，太阳能发电总装机容量也已达到10000兆瓦以上。总之，目前可再生能源的发展正朝着生产技术逐渐成熟、项目规模逐渐增大、建设快速逐渐加快、投资渠道逐渐增多、生产设备效率逐渐提高、设备维护逐渐便利的方向发展。 1.1.2 我国新能源发展现状及趋势 可再生能源是我国能源资源的重要组成部分，它在环境污染治理、经济社会发展、能源供应和能源结构改造等方面发挥了重大作用。由于政府的大力引导和支持以及市场需求的推动，我国可再生能源的发展具有良好的内外部条件，我国可再生能源开始进入快速发展。2009 年，我国新能源年年产能值相当于2.6亿吨煤的产能，占到我国能源消费总量的8.34%。到2011年底，我国水力发电总装机容量1.97亿千瓦时，居世界第一；风力发电总装机容量达2730万千瓦时，新增装机容量居世界第一，总装机容量居世界第三；太阳能光伏电池年产量达4 千兆瓦时，为全球份额的40%，太阳能热水器总超过1.45亿平方米居世界第一。尽管我国新能源行业各方面发展迅速但其规模化和产业化发展仍然面临诸多问题，主要有：①市场机制成不够熟，使得新能源产业很难和传统能源产业竞争；②能源政策和配套措施不完善，对可再生能源企业扶持力度不够；③企业对新能源的战略地位认识不够，以及对对能源企业发展的衔接性和科学性认识不足；④企业和政府对新能源的研发投入不足；⑤整个产业链体系较薄弱，利润率较低；⑥对我国新能源产业评估不深入，不利于新能源的产业化发展。总之，新能源产品市场竞争力低、成本价格高是我国可再 生能源产业发展面临的主要问题，解决问题的根本途径是大力推进可再生能源的产业化、规模化发展[1]。 能源紧张是影响我国国民经济发展的一个重要问题，也是全世界共同关心的阔题。节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。据国际电工委员会（IEC）统计，工业用电动机消耗全世界发电量的30％－40％，我国电机系统用电量约占全国用电量的60%，其中风机、泵类、
永磁同步电机失磁故障诊断综述 1.引言 永磁同步电机由于其结构简单、运行可靠、损耗少、功率密度高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，应用范围极为广泛，遍及航空航天、国防、工农业和产和日常生活的各个领域。目前，永磁电机的应用领域仍在不断的拓展，风力发电、电动汽车等新能源领域也在大量使用永磁电机。因此，为了确保像电动汽车这样的应用系统以及其它对可靠性要求更高的应用领域的安全性，必须重视永磁同步电动机运行的可靠性和稳定性。 嵌入电机内的永磁体是永磁同步电机重要的结构部件，它的磁性能直接影响永磁同步电机的效率、性能和可靠性。在温度、电枢反应及机械振动等因素影响下，嵌入电机内的永磁体可能会产生不可逆失磁，使电机性能急剧下降，甚至有可能导致电机停转，对于像电动汽车这样的应用系统，永磁电机的突然失磁是非常危险的。因此，分析永磁同步电机的永磁体磁性能及失磁故障，对电机安全高效运行具有十分重要的意义[1][2]。 2.国内外研究现状 近年来，国内外对永磁材料的失磁机理和永磁同步电机的失磁故障进行了广泛的研究。文献[3]对稀土永磁材料的交流失磁现象进行研究，总结出稀土永磁材料表面磁感应强度在不同频率的交变磁场作用下随时间的变化规律。文献[4]针对稀土永磁同步电机在运行一段时间后性能下降这一现象，分析了引起电机失磁的原因，提出了在检修和运行中避免失磁的一些有效方法。文献[5]提出了一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。文献[6][7]中通过建立参数模型或有限元模型来研究电机的失磁故障，提出了一些对永磁同步电机失磁故障的监测方法。文献[10]对失磁故障原因进行了全面的分析，提出了离线和在线检测方法。基于永磁体磁场状况的动态监测，可防止永磁电机失磁状况的恶化，降低不可逆失磁程度。文献[13]提出一种改进的反电势法，可用于永磁体磁链估计。 3.永磁同步电机失磁的发生 任何磁性材料都存在材料自身的磁性能稳定问题。永磁材料也具有失磁特