永磁同步电机局部失磁故障性能分析 学位论文文档格式.docx

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题目永磁同步电机局部失磁故障性能分析

专业电气工程及其自动化学号541001020164姓名赵志强

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容：

收集和整理与永磁同步电机工作原理与工作性能相关的技术及文献资料，根据用户的要求，确定永磁同步电机仿真参数和仿真模型，学习电磁场仿真语言，编写出相应的程序，模拟仿真永磁同步电机局部失磁故障，并对失磁后的主要性能参数进行分析，得出定性的分析结果。

在运行环境下进行程序的调试和修改，最后编写出毕业论文。

基本要求：

①查阅相关资料，并写出文献综述和翻译材料。

②掌握永磁同步电机工作原理和工作特性。

③选取仿真软件，学习仿真软件和仿真建模方法。

④建立仿真模型，确定仿真分析参数，调试程序。

⑤对仿真结果进行分析，得出定性结论。

⑥编写出毕业设计说明书一份，其中撰写及图纸的绘制，要求认真工整、

条理清晰、正确标准。

主要参考资料：

①伍召莉.永磁同步电机失磁分析及在线监测[D].北京：

北京交通大学，2012

②王秀和.永磁电机[M].北京:

中国电力出版社，20007

③赵博，张洪亮等．Ansoft12在工程电磁场中的应用．北京：

中国水利水电出版社，2009

④王美平.电动汽车用永磁同步电机电磁场分析.北京：

完成期限：

2014.02～2014.06

指导教师签章：

专业负责人签章：

2014年2月15日

永磁同步电机局部失磁故障性能分析

摘要

永磁同步电机具有高功率密度、高效率等优点，已经成为电动汽车驱动系统中最具优势然的动力装置，有广泛的使用前景。

而实际运行中,在高温或大电流条件下，永磁体会发生不可逆退磁,严重时甚至造成电机的损坏,因此进行永磁体失磁分析,以及永磁体磁链的实时监测对提高电机运行的可靠性具有非常重要的意义。

本文基于有限元电磁场分析软件Ansoft12对永磁同步电机发生局部失磁故障进行了仿真，并对失磁后的主要性能进行分析。

通过对永磁同步电动机失磁故障的研究，有助于电机运行时的正确维护，降低失磁故障发生概率，改善永磁同步电机的控制性能。

关键词永磁同步电机失磁故障仿真

PermanentMagnetSynchronousMotorLocalDemagnetizationFaultSimulationAndPerformanceAnalysis

ABSTRACT

Permanentmagnetsynchronousmachine（PMSM）isusedwidelyindifferentindustrialsectorsforvarietyapplicationsduetotheirhighefficiency,highenergydensity,andsimplestructure.Intheactualoperation,hightemperatureorlargecurrentmayleadtothedemagnetizationofthemagnet,andfurthermoremayleadtothedamageofthemotor.Inordertoimprovetheoperationperformance,theanalysisofmagnetandtheon-lineidentificationofthemagnetfluxseemtobecrucial.

ThisarticlesimulatedpermanentmagnetsynchronousmotoroccurrenceoflocaldemagnetizationfaultwhichbasedonfiniteelementelectromagneticfieldanalysissoftwareAnsoft12,andanalyzedits’mainperformance.Throughthestudyofpermanentmagnetsynchronousdemagnetizationfault,it’shelpfultomaintainthemotorrunningproperly,reducetheprobabilityofdemagnetizationfault,andimprovetheperformanceofpermanentmagnetsynchronousmotor.

KEYWORDSPMSMdemagnetizationfaultsimulation

目录

摘要I

ABSTRACTII

1绪论1

1.1磁和永磁体的发展历史1

1.2永磁同步电机国内外研究现状2

1.3永磁同步电机发展前景和趋势4

2永磁同步电机基本结构和原理6

2.1永磁材料6

2.1.1材料的磁性和分类6

2.1.2永磁材料的主要性能参数7

2.1.3主要永磁材料及其特点8

2.2永磁电机的磁路结构10

2.3永磁电机基本工作原理13

3永磁同步电机仿真平台15

3.1ANSYS软件介绍15

3.1.1软件概述15

3.1.2ANSYS特点及应用领域15

3.1.3ANSYS软件分析过程16

3.2Ansoft软件介绍18

3.2.1Ansoft软件概述18

3.2.2Ansof软件建模仿真流程19

3.2.3Ansoft软件的特点19

4永磁同步电机局部失磁故障21

5永磁同步电机失磁性能分析23

5.1仿真模型的建立23

5.2稳态分析28

5.2.1空载分析28

5.2.2负载分析31

5.3动态分析34

5.3.1参数设置35

5.3.2动态分析36

6总结43

致谢44

参考文献45

1绪论

1.1磁和永磁体的发展历史

人类对于磁的发现，可追溯到公元前。

我国在战国末期就有“慈石召铁”（即磁石吸铁）的说法。

我国四大发明之一的指南针就是11世纪我国科学家沈括发明的。

指南针的发明为航海导航、陆地辨别方向起到了极其重要的作用。

沈括不仅发明了指南针，他还是世界上第一位发现并测量地球磁偏角的科学家。

我国药学家李时珍在他的《本草纲目》中，把磁石作为治疗某些疾病的良药。

我国是世界上最早发现和使用磁性和永磁体的国家。

在19世纪之前，磁和电是彼此完全独立发展的两门学科。

直到1820年汉斯·

克里斯蒂安·

奥斯特（HansChristianOersted）首先发现电流流经导线时，导线周存在磁场。

同时也发现在磁场内的导线当有电流通过时，导线收到了磁场力的作用而移动。

奥斯特还发现导线通过电流时其周围的磁场改变罗盘指针的指向。

奥斯特是第一位将磁和电联系起来的科学家。

电磁学这门学科经历了许多科学家一百多年的研究、发现才发展起来的。

迈克尔·

法拉第（MichaelFaraday）做出了重大贡献。

他详细地研究在载流导线四周的磁场，想出了磁场线的点子，因此建立了电磁场的概念。

他观察到磁场会影响光线的传播，找出了两者之间的关系，还发现了电磁感应的原理、抗磁性、法拉第电解定律。

法拉第是第一位发现将永磁体在线圈中移动时，线圈会产生电流及当线圈中有电流通过时在线圈中的永磁体会移动的科学家。

后人利用这一原理发明了电动机和发电机[1]。

发电机的发明使我们告别蒸汽机时代，进入了全新的电气时代。

电的发现和应用极大的节省了人类的体力劳动和脑力劳动，改变了世界各国人民的生产、生活方式。

有了电，人们又发明了电灯、电话、电报、电视、无线电等各种电器产品，大大地提高了劳动生产率，促进了生产力的发展和社会的进步。

电使人类的力量长上了翅膀，使人类的信息触角不断延伸，实现了人类梦寐以求的运距离通信、交流信息及控制。

电对人类生活的影响有两方面：

能量的获取转化和传输，电子信息技术的基础。

之后，詹姆斯·

克拉克·

麦克斯韦（JamesClerkMaxwell）归纳总结了电磁学规律，他发现的麦克斯韦方程为电磁学做出了重大贡献。

科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电和光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。

1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《原理》之后的一部最重要的物理学经典。

没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。

麦克斯韦方程被广泛应用在电磁领域内。

自1900年发现并制成了钨钢永磁体之后，随着科学的发展、技术的进步，永磁体在很多领域内得到了广泛的应用，其需求量不断增加。

人们对永磁体的综合性能的要求也在不断的提高，这也促进了高性能的永磁体不断问世。

20世纪60年代之后先后发明了高剩磁铝镍钴（AlNiCo）、铁铬钴（FeCrCo）、航天航空用的铂钴（PtCo）永磁体及钡铁氧体（Bao·

6Fe2O3）、锶铁氧体（SrO·

6Fe2O3）等永磁体。

20世纪80年代后又有磁综合性能更好的稀土钴（RCo5）（R2Co17）和钕铁硼（NaFeB）永磁体问世。

这些磁综合性能很好的永磁体被广泛地应用于汽车、拖拉机、发电机的永磁发电机上及汽车、电力机车、航天航空的仪表中。

永磁同步电机具有效率高、功率密度高、可靠性高、控制性好等优点，在国防、航空航天、计算设备、工程应用等领域获得了越来越广泛的应用[1][11]。

1.2永磁同步电机国内外研究现状

早期对永磁同步电机的研究主要为固定频率供电的永磁同步电机运行特性的研究，特别是稳态特性和直接起动性能的研究。

永磁同步电动机的直接起动是依靠阻尼绕组提供的异步转矩将电机加速到接近同步转速，然后由磁阻转矩和同步转矩将电机牵入同步。

V.B.Honsinger和M.A.Rahman等人在这方面做了大量的研究工作[6]。

上个世纪八十年代国外开始对逆变器供电的永磁同步电动机进行深入的研究。

逆变器供电的永磁同步电机与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同，但在大多数情况下无阻尼绕组。

阻尼绕组有以下特点：

第一，阻尼绕组产生热量，使永磁材料温度上升；

第二，阻尼绕组增大转动惯量、使电机力矩惯量比下降；

第三，阻尼绕组的齿槽使电机脉动力矩增大。

[3]在逆变器供电情况下，永磁同步电机的原有特性将会受到影响，其稳态特性和暂态特性与恒定频率下的永磁同步电机相比有不同的特点。

1980年后发表了大量的论文研究永磁同步电机的数学模型、稳态特性、动态特性。

A.V.Gumaste等研究了电压型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性及电流型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性。

随着对永磁同步电机调速系统性能要求的不断提高，需要设计出高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电机，G.R.Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了现代永磁同步电机的设计方法。

随着微型计算机技术的发展，永磁同步电动机矢量控制系统的全数字控制也取得了很大的发展。

D.Naunin等研制了一种永磁同步电动机适量控制系统，采用了十六位单片机8097作为控制计算机，实现了高精度、高动态响应的全数字控制。

八十年代末，九十年代