芜湖低压永磁同步电机-直流无刷电机-低压永磁同步电机工作原理
作者:火山电气2019/11/23 22:37:37

直流伺服电机的优点和缺点
  优点:速度控制精准,转矩速度特性很硬,控制原理简单,使用方便,价格便宜。
  缺点:电刷换向,速度限制,附加阻力,产生磨损微粒(无尘环境不宜)




  交流伺服电机的优点和缺点
  优点:速度控制特性良好,在整个速度区内可实现平滑控制,几乎无振荡,90%以上的***率,宣城低压永磁同步电机,发热少,高速控制,高精度位置控制(取决于编码器精度),额定运行区域内,可实现恒力矩,惯量低,低噪音,无电刷磨损,免维护(适用于无尘、环境)
  缺点:控制较复杂,驱动器参数需要现场调整PID参数确定,需要更多的连线。
  直流伺服电机分为有刷和无刷电机。




  有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对使用环境有要求,通常用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
  无刷电机体积小重量轻,出力大响应快,速度高惯量小,力矩稳定转动平滑,控制复杂,智能化,电子换相方式灵活,可以方波或正弦波换相,电机免维护,***节能,电磁辐射小,温升低寿命长,适用于各种环境。
  交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,微型低压永磁电机,其功率范围大,功率可以做到很大,大惯量,高转速低,转速随功率增大而匀速下降,适用于低速平稳运行场合。
伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器将反馈信号传给驱动器,对反馈值与目标值进行比较,从而调整转子转动的角度,伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。


永磁同步电机因具有高功率密度、***率等优点,被广泛应用于电动汽车的驱动系统中。钕铁硼(NdFeB)永磁材料由于具有较高的磁能积(BH)max、剩磁Br和矫顽力Hc,被广泛应用于永磁电机。但钕铁硼永磁材料的热稳定性不够理想,磁性温度系数较高,高温运行时可能导致严重磁损,且在某些工况下若电流激增,也将导致不可逆退磁。本文作者以一台在温升试验中发生转子退磁故障的电机为例,对失效原因进行分析,找出引发退磁的相关影响因素和风险程度,同时验证电机的稳定性和可靠性。



1 试验现象
文中所研究的对象为某高速电机,该电机为钕铁硼永磁同步电机,冷却方式为水冷,转速15 000 r/min。
为验证该电机在高速工况下运行的可靠性,计划进行连续3个高速负载工况的台架温升试验。工况一:15 000 r/min@55 kW,测试时长45 min;工况二:15 000 r/min@70 kW,测试时长6 min;工况三:15 000 r/min@100 kW,测试时长60 s。在实际试验过程中,在工况三进行到23 s时,电机温度达到许用温度179 ℃,软件报故障停机。清除故障重新上电后,发现电机的输出功率明显小于输入功率。随后测量了电机的反电动势,与正常值相比下降了50%左右,如图1所示。由此判断,电机转子发生了不可逆退磁。



2 失效件拆解
将转子总成从电机中拆出后,用磁极观察片观察发现,转子中间区域退磁严重。
进一步拆解转子,透过观察片观察单片磁钢,低压永磁同步电机工作原理,发现部分磁钢局部退磁且存在磁极反向现象。
拆解转子中的每一片磁钢,逐个检测磁通,并按照磁钢所在的铁芯层(共6层)和转子周向角度位置绘制各层磁钢的磁通分布曲线,如图3所示,可以得出,不同铁芯层中的磁钢退磁程度差异较大,转子两端(1、2、6层)的磁钢退磁不明显,而转子中间层(3、4、5层)的磁钢退磁较为明显,特别是第4层退磁***为严重。


永磁同步电机由于其高功率密度和***率的特点得到了越来越广泛的应用,尤其是加工简单、容错性能好等一系列优点,近几年在新能源汽车领域有着压倒性的市场占有率,1.5KW低压永磁电机,因此,分析该类电机的噪声问题成为电动车Benchmark测试中一项重要的工作,而小编对永磁同步电机的噪声源分布也极为感兴趣,今天就带着大家来一探究竟。




对于永磁同步电机(以下简称电机)的噪声来说,无非是以下两类:
1、机械噪声
转子转动不平衡、轴承等因素造成;

2、电磁噪声
定子内表面的电磁力,转子偏心及电流谐波等因素造成。
1) 分数阶噪声:幅值比较大的包括3.2和4.8阶噪声;
2) 6、12、18、24、30、36、42、48、54、60、66、72和78阶噪声;
3) 7、8、17、19、20、35、37、38和43阶噪声;
4) 以开关频率(9000Hz)为中心的阶次噪声,主要有:(k=1、2、3和4)
5) 共振噪声:比较明显的共振区域分三段:1180~1389Hz、2411~2822Hz和3200~3425Hz。


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