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无刷直流电动机转子退磁故障的检测方法
赵向阳;葛文韬
【期刊名称】《电机与控制学报》
【年(卷),期】2012(016)002
【摘要】为了研究无刷直流电动机的转子退故障,基于Ansoft/Maxwell软件平台,设置转子退磁故障,建立求解电机反电动势的有限元模型；基于Ansoft/Simplorer 软件平台,建立无刷直流电动机系统的仿真模型.在电机稳态运行下,对定子电流进行傅里叶分析,研究并建立基于定子电流监测转子退磁故障的仿真模型:退磁故障与特征频率的关系、退磁故障程度与特征频率幅值的关系.进一步,采用基于转矩常数估计的方法对无刷直流电机的转子退磁故障进行监测.仿真结果表明,在转速波动较小时采用定子电流分析法的效果更好,在转速波动较大时,采用转矩常数估计法可以在线监测无刷直流电动机转子的退磁故障.
【总页数】6页(P50-55)
【作者】赵向阳;葛文韬
【作者单位】北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100191;北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100191
【正文语种】中文
【中图分类】TM307
【相关文献】
1.一种改进的无刷直流电动机转子位置反电势检测方法 [J], 陈兵;马志源;冷再兴
2.变频压缩机用无刷直流电动机新型转子位置检测方法研究 [J], 刘良壁;屈斌
3.基于DWT和RNN的无刷直流电动机轴承故障检测方法 [J], 庄夏
4.不抽转子进行发电机转子退磁的尝试 [J], 孙维本;冯复生
5.基于深度卷积网络的裂纹转子耦合故障检测方法 [J], 刘天源;郑召利;谢永慧;张荻
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基于 Ansoft 的永磁同步电机退磁仿真分析摘要：为了保证永磁同步电机抗退磁能力仿真的准确性，本文提出了一种基于 Ansoft Maxwell 软件的永磁同步电机退磁仿真方法。
以12S10P磁同步电机为例(PMSM) ，首先详细的介绍了此退磁仿真的电磁设置；然后评估与验证了此退磁仿真方法的仿真值与实测值差异；最后提供了此仿真方法的问题与改进思路，为永磁同步电机退磁仿真提供了参考。
关键词：Ansoft；退磁引言在压缩机的应用工况下，为了保持整套系统的高可靠性，压缩机中所有零件都需要进行可靠性评估，使所有的零件都能保持在正常的状态下运行。
对于压缩机中的主要驱动零部件——电机来说，永磁体退磁是一个重要的指标[1]。
为了保证永磁同步电机按照设计的状态运行并达到设计的效果，永磁体需要在充磁饱和的状态下工作[2]。
当永磁同步电机转子永磁体发生不可逆退磁，整个电机将不再运行于最佳工作状态，进而影响到压缩机的性能。
因此对永磁同步电机进行抗退磁能力评估是一项重要的工作。
目前对于永磁同步电机的退磁电流的测试方法一般为：并接电机绕组某两相，给绕组通入电流使转子自动定位，并固定电机转子此时位置，随后通入反向电流，并对比测试通入退磁电流前后的线磁链值，以该值下降 3 % 为限定标准。
但是，目前采用的仿真分析方法为在永磁体上设定取样曲线，并计算施加退磁电流后取样曲线上剩磁回复值，按照剩磁平均值降低 3 % 为限定标准。
以上实验测试方法和仿真分析方法存在判定指标不一致的情况，因此为了提高仿真准确性以及仿真与测试的一致性，以及充分应用 Ansoft 的退磁仿真功能，本文对 Ansoft 的退磁仿真功能进行了研究。
1 Ansoft仿真分析软件退磁仿真1.1基本设置1.1.1电机退磁仿真工况电机运行状态按照正常的电机性能仿真设定，仿真模型为模拟电机正常运行并通入了较大电流时电机永磁体发生退磁的情况，按照 3 % 磁链降低为界限限定。
Maxwell 2D 退磁模擬操作流程1.溫度場退磁模擬：N42SH不同溫度下退磁曲線以稀土永磁材料N42SH為例，退磁曲線會因溫度的不同而變化，在Maxwell 2D 中材料輸入其對應溫度的退磁曲線，依照需求選取不同溫度的退磁曲線進行分析即可得知在此溫度下電機性質的變化。
於材料庫中將永磁材料相對磁導率改為非線性，輸入B-H Curve由材料庫編輯永磁材料在Relative Permeability中Type選擇Nonlinear輸入非線性B-H曲線。
下圖為以180度C的退磁曲線為例，拐點約為0.6Tesla。
N42SH於180攝氏度的退磁曲線輸入將模型中材料指定為欲分析溫度的B-H Curve進行反電動勢模擬可得三相反電動勢為磁通密度分布為比對60攝氏度的結果磁通密度分布為=可知額定輸出亦會降低。
可看出在高溫下電機的反電動勢下降，由b e i Tω2.負載電流於Iq=0時的動態退磁：在模擬負載電流的動態退磁時，需施加最大去磁電流(短路電流or啟動電流or 額定電流)於電樞繞組中，內功率因數角為90度，輸入電流與空載反電動勢相差90度。
三相電流激勵輸入將初始位置設定為反電動勢為零點，三相輸入電流內功率角90度PhaseA: inI*Sin(2*360deg* frequency*time+90deg)PhaseB: inI*Sin(2*360deg* frequency *time+90deg-120deg)PhaseC: inI*Sin(2*360deg* frequency *time+90deg-240deg)退磁動態模擬在Analysis的setup選取Advanced勾選Demagnetization Option中的Nonlinear B-H Curve與Compute Data For Link的Dynamic demagnetization distribution將退磁模擬後的數據傳遞至其他專案供使用。
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说明：部分操作因版本不同存在差异1。
静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真平板电容器模型描述：上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec(理想导体)介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质)激励：电压源，上极板电压:5V，下极板电压:0V。
要求计算该电容器的电容值1.建模（Model）Project > Insert Maxwell 3D DesignFile〉Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell 〉 Solution Type> Electric> Electrostatic(静电的）创建下极板六面体Draw > Box(创建下极板六面体）下极板起点:(X，Y，Z）〉（0, 0, 0）坐标偏置：（dX,dY，dZ）〉（25, 25,0)坐标偏置：(dX,dY，dZ）〉（0， 0， 2）将六面体重命名为DownPlateAssign Material 〉 pec(设置材料为理想导体perfect conductor）创建上极板六面体Draw 〉 Box（创建下极板六面体）上极板起点：（X,Y,Z)〉（0, 0, 3）坐标偏置：(dX，dY,dZ）>(25, 25,0)坐标偏置：（dX，dY，dZ）〉（0， 0， 2）将六面体重命名为UpPlateAssign Material 〉 pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建中间的介质六面体Draw 〉 Box(创建下极板六面体）介质板起点：（X,Y，Z)〉(0, 0， 2）坐标偏置：（dX,dY，dZ）〉（25, 25，0）坐标偏置：（dX,dY，dZ）>（0， 0, 1）将六面体重命名为mediumAssign Material > mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）创建计算区域（Region）Padding Percentage：0%忽略电场的边缘效应（fringing effect）电容器中电场分布的边缘效应2。
永磁体BH的两种输入方法，recoil，退磁，第三象限，ansoftmaxwell v13笔记本上的那部分补上！=========================================================== =====================静磁-磁化link说明.gif静磁_磁化link_source.gif静磁_磁化link_target.gif静磁-磁化link-软磁材料的mu的link说明.gif静磁-磁化link-永磁体退磁说明.gif静磁_磁化link_软磁材料mu的link必须源目标模型的mesh相同，永磁体磁化源目标mesh可以不同(用平均).gif=========================================================== =====================The usual way to create geometrically equivalent designs is by copying all geometry objects from onedesign and then using Import From Clipboard in the other design.=========================================================== =====================瞬态——To be used as a target model瞬态——To be used as a Source model=========================================================== =====================瞬态永磁体退磁（demagntization option）link 的详细说明1. In the De magnetization Option section, select one of the following two radio buttons:? Nonlinear B-H curve. Using B-H curves is the default. Select this option when setting up a normal transient nonlinear application with or without motion.? Use dynamic magnetization data. Select this option in the target design if there is a cor-responding "source"design with the Compute dynamic magnetization distribution check box selected. The mesh between the two linked designs is the same. However, the source and target designs can have different time step settings. If the source design is not solved, the data link functionality used here tries to automatically solve the source design and then use the "worst case"dynamic magnetization data of the entire transient solution in the target design. Thus, once the two projects have beenset up properly, it is not abso-lutely necessary to solve the source design first. In this case, starting the target design solution process initiates the transient solution process of the source design and then solves the transient solution of the target design automatically.If you selected Nonlinear B-H Curve and Compute dynamic magnetization distribution, the solver finds the worst dynamic demagnetization operation point element by element during the entire transient solution, then uses the data for the target design.=========================================================== =====================recoil 和 trans 退磁 data link.jpg。
Maxwell稳态磁场求解器仿真实例一ANSYS有限元仿真2月7日311问题描述：求解一段通有100A电流的铜导线在稳定磁场中的受力情况。
磁场由永磁体产生。
磁性材料为材料库中的NdFe35。
磁性材料属性如下定义（X方向磁化）。
模型图如下。
其中红色框线为求解区域。
注：磁体外部磁感线设置方向是从+X面出发垂直穿过导线进入-X面。
即+X面是N极，-X面为S极。
Maxwell前处理求解树如下图：Boundaries边界条件：这里边界条件未指定，系统自动选取默认边界条件加载到物体外边界。
Excitations激励：在导线两个端面加载100A稳定电流，两端面电流大小方向均一致都流向+Y方向（注意断开导体端面需与求解区域表面重合，否则无法计算）Parameters参数：选中通电导线然后添加Force力参数。
Mesh operations网格划分：右击鼠标选择Assigned>Inside selection>Length based…其中导线划分尺寸为0.5mm，磁铁划分尺寸3mm。
Analysis分析设置：这里直接添加分析设置默认即可。
结果查看：鼠标右击Result选择Solution data得到如下结果窗口。
安培力大小为Fz=0.57657N（+Z方向）理论验证：根据安培定律F=BIL可知通电导线受力大小为磁感应强度B*电流*导体长度。
受力方向可根据左手定则确定。
选中铜导线右击云图按钮Field overlays>Field>B>B_Vector 查看导线处磁场强度H，磁感应强度B导线磁场强度H导线磁感应强度B上面B、H云图的中间数值之比恰好与真空中的磁导率接近。
这与物理课本中讲的介质磁导换算公式B=U*H是相符和的。
下面直接取用B云图的中间数值B=0.557T参与理论验算。
电流I取输入值I=100A，导线长度由几何模型可知L=0.01M。
理论计算值F=B*I*L=0.557*100*0.01=0.557N,方向由左手定则：电流+Y，磁场-X，所以可确定力朝向+Z方向。
