永磁同步電機(jī)永磁體局部失磁故障仿真研究

董毅杰 師 蔚

(上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院 上海 201620)

0 引 言

永磁同步電機(jī)由于其高效率、高轉(zhuǎn)矩電流比等優(yōu)點(diǎn),占據(jù)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)中主流電機(jī)的位置。車(chē)用永磁電機(jī)通常功率密度較高,而車(chē)用條件下受空間限制,電機(jī)散熱差且運(yùn)行工況復(fù)雜,電機(jī)永磁體會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高、外磁場(chǎng)影響等因素產(chǎn)生不可逆失磁問(wèn)題[1-2]。

目前國(guó)內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)研究永磁同步電機(jī)的失磁故障,分別通過(guò)在線失磁監(jiān)測(cè)與離線失磁預(yù)防兩個(gè)角度進(jìn)行研究[2]。其中在線失磁故障診斷能在電機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)某些特征量進(jìn)行永磁體失磁故障的診斷,其診斷方式主要基于兩種:信號(hào)實(shí)時(shí)處理和電機(jī)參數(shù)在線辨識(shí)。前者對(duì)采集得到的電流信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取,常用的如快速傅里葉變換[3]、小波變換[4]、希爾伯特黃變換[5]等時(shí)頻域分析手段,挖掘其失磁故障特征,能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線失磁監(jiān)測(cè),且不受電機(jī)參數(shù)的影響,但該類方法對(duì)于永磁體局部位置下的不均勻失磁診斷未有相關(guān)涉及。文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]中采用了信號(hào)實(shí)時(shí)處理與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法成為近些年來(lái)失磁故障診斷的研究趨勢(shì),其將訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)作為永磁同步電機(jī)失磁的標(biāo)準(zhǔn),能較為高效地實(shí)現(xiàn)故障診斷。除了基于電流信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理以外,電機(jī)參數(shù)的在線辨識(shí)也是有效的故障診斷途徑之一。文獻(xiàn)[8]提出采用基于代數(shù)辨識(shí)法的永磁磁鏈辨識(shí),能夠以較小的計(jì)算量實(shí)現(xiàn)永磁磁鏈、定子繞組、交直軸電感的同時(shí)辨識(shí),將辨識(shí)結(jié)果作為判斷是否失磁的依據(jù)。文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[10]分別通過(guò)構(gòu)建拓展卡爾曼濾波器與無(wú)跡卡爾曼濾波對(duì)于永磁磁鏈進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。但當(dāng)電阻或電感受到溫度等外在影響而產(chǎn)生突變所造成的魯棒性不足等問(wèn)題未能給予充分考慮。

從離線失磁預(yù)防的角度來(lái)看,其目的是通過(guò)優(yōu)化磁路來(lái)降低永磁體的失磁風(fēng)險(xiǎn),常用于電機(jī)的設(shè)計(jì)階段。目前最普遍的計(jì)算方法為解析法、磁網(wǎng)絡(luò)法和有限元分析法[11]。文獻(xiàn)[12]通過(guò)分析計(jì)算永磁體徑向氣隙磁通密度的頻譜和磁鏈,建立永磁電機(jī)的局部失磁數(shù)學(xué)模型,并提出基于分形維數(shù)診斷永磁體失磁故障的方法。文獻(xiàn)[13]通過(guò)在磁網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置故障磁勢(shì)源等效替代電機(jī)中的失磁永磁體。相較于前兩種方法,有限元法能全面考慮繞組的空間位置、氣隙磁場(chǎng)的諧波、鐵芯飽和等多種因素,并且計(jì)算精度較高。文獻(xiàn)[14-15]通過(guò)有限元法建立了永磁電機(jī)失磁模型,分析了永磁體不同失磁下的電磁場(chǎng)變化,分別將氣隙磁場(chǎng)和電樞電流中的高次諧波以及基波電動(dòng)勢(shì)的變化量作為失磁故障發(fā)生及其嚴(yán)重程度的診斷依據(jù)。文獻(xiàn)[16]基于均勻失磁有限元模型的基礎(chǔ)上,提出反電勢(shì)回轉(zhuǎn)半徑的失磁診斷方法。

雖然目前的研究對(duì)于失磁故障的診斷有了較為全面的分析,但在基于物理模型的失磁研究中,通常將失磁永磁體設(shè)定為均勻失磁,即永磁體整體均勻退磁,剩磁減小至某一程度[14-17]?；蛘咴O(shè)為局部退磁,即將永磁體的二分之一或三分之一部分設(shè)定為退磁,此種局部退磁仍然屬于宏觀局部退磁[18]。然而在實(shí)際應(yīng)用中,常用永磁體材料是由3～5 μm尺寸范圍內(nèi)的許多磁疇組成的,其每個(gè)微小區(qū)域內(nèi)都存在不同的工作點(diǎn),導(dǎo)致永磁體磁密的不均勻分布。因此當(dāng)電機(jī)因高溫或電樞電流引起的失磁故障通常不是均勻失磁,而是會(huì)在永磁體局部區(qū)域發(fā)生局部失磁。但是由于不同的局部失磁部位及局部失磁故障程度有較大的區(qū)別,使得后續(xù)失磁故障數(shù)學(xué)模型、物理模型的建立及診斷方法的研究更趨于多樣化和復(fù)雜化[19]。

本文通過(guò)將有限元法和信號(hào)數(shù)據(jù)處理相結(jié)合的方法,針對(duì)永磁體局部微觀區(qū)域失磁研究的缺乏以及該失磁故障在電機(jī)運(yùn)行中可能存在的安全隱患,首先分析了車(chē)用永磁電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行工況下的永磁體狀態(tài),以此為基礎(chǔ)建立永磁同步電機(jī)永磁體局部區(qū)域不均勻的失磁有限元仿真故障模型,并研究這些局部區(qū)域失磁故障對(duì)電磁性能、輸出轉(zhuǎn)矩特性的影響。最后利用希爾伯特黃變換分析了永磁體局部不均勻失磁下的反電動(dòng)勢(shì)及電樞電流,提取永磁體在局部不均勻失磁下的故障特征量,作為永磁同步電機(jī)發(fā)生局部不均勻失磁的判據(jù),并通過(guò)仿真驗(yàn)證了方法的可行性和準(zhǔn)確性,為永磁同步電機(jī)發(fā)生局部不均勻失磁故障的在線故障診斷提供了理論依據(jù)。

1 模型建立

1.1 電機(jī)主要參數(shù)

目前市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車(chē)中,純電動(dòng)汽車(chē)大多采用經(jīng)典的48槽8極永磁同步電動(dòng)機(jī),例如Prius 2010版、逸動(dòng)EV、日產(chǎn)Leaf、比亞迪“秦”等驅(qū)動(dòng)電機(jī)[20]。本文以一臺(tái)某車(chē)用8極48槽的內(nèi)置式電動(dòng)轎車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為研究對(duì)象,該電機(jī)采用三相分布繞組,主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。所選用的永磁體牌號(hào)為N35UH,常溫下,永磁體剩磁Br為1.2 T,矯頑力Hcb為11.594 kOe,圖1為N35UH在不同溫度下的退磁曲線。

表1 永磁電機(jī)主要參數(shù)

圖1 N35UH退磁曲線

1.2 永磁體工作狀態(tài)仿真分析

根據(jù)永磁電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)的周期對(duì)稱性選取1/8模型作為研究對(duì)象,如圖2所示。

圖2 永磁同步電機(jī)1/8模型

首先仿真永磁體在極限工作溫度下以及極限工況下的磁密云圖來(lái)判斷其局部易發(fā)生失磁部位。圖3為永磁體分別在150 ℃和180 ℃時(shí),峰值工況下的磁密云圖,圖3(a)中,當(dāng)永磁體溫度為150 ℃時(shí),由圖1可知永磁體最低工作點(diǎn)在0.15 T,未低于永磁體退磁拐點(diǎn)。而從圖3(b)中可知當(dāng)永磁體溫度達(dá)到180 ℃時(shí),峰值工況下,由于強(qiáng)烈的交軸電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)波形發(fā)生扭曲,永磁體分別產(chǎn)生了半個(gè)磁極下明顯的失磁現(xiàn)象,永磁體A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)、D點(diǎn)附近磁密已低于圖1中180 ℃的退磁曲線拐點(diǎn),發(fā)生了局部不可逆退磁。

(a) 150 ℃峰值工況

(b) 180 ℃峰值工況圖3 永磁體磁密云圖

由于永磁體在相同的溫度及電樞電流情況下,不同的電流超前角對(duì)永磁體失磁影響也有所不同。為了進(jìn)一步研究永磁體最易退磁點(diǎn)的磁密狀態(tài),本文選取上述永磁體點(diǎn)A、B、C、D位置作為觀測(cè)對(duì)象。設(shè)定永磁體工作溫度為180 ℃,改變電樞電流有效值以及電流超前角,仿真觀測(cè)永磁體磁密狀態(tài),仿真結(jié)果表明A點(diǎn)與C點(diǎn)工作點(diǎn)基本相同,B點(diǎn)與D點(diǎn)工作點(diǎn)基本相同,因此可得永磁體在180 ℃下,不同電樞電流下的工作點(diǎn)A和工作點(diǎn)B磁通密度如圖4所示。

(a) 永磁體工作點(diǎn)A

(b) 永磁體工作點(diǎn)B圖4 180 ℃下永磁體不同工作點(diǎn)磁通密度

由有限元分析可知在高溫下Id為永磁體產(chǎn)生失磁的主要原因,Id幅值越大,該點(diǎn)磁密下降得越快。當(dāng)Id幅值大于300 A時(shí),不論Iq如何變化,其工作點(diǎn)磁密已低于當(dāng)前溫度下永磁體的拐點(diǎn),使得該局部區(qū)域發(fā)生了不可逆失磁。且通過(guò)對(duì)比圖4(a)和圖4(b)發(fā)現(xiàn),相同Id、Iq條件下,永磁體內(nèi)側(cè)角A、C點(diǎn)附近退磁程度比外側(cè)角B、D點(diǎn)附近更加嚴(yán)重。

1.3 永磁電機(jī)局部不均勻失磁故障模型

基于以上不同溫度及電樞電流下的永磁體工作狀態(tài)分析結(jié)論,為了便于不均勻失磁模型的建立,將永磁體分為32微塊,各微塊標(biāo)號(hào)如圖5所示。利用有限元分析中失磁面積和磁體磁密損失對(duì)永磁體的失磁進(jìn)行了量化,通過(guò)失磁率K(%)反映剩磁磁通密度的降低,定義為:

(1)

式中:Br0為初始永磁體剩磁;Br為失磁后的永磁體剩磁。

圖5 永磁體分塊示意圖

基于1.2節(jié)的結(jié)論以及該永磁同步電機(jī)永磁體在不同工況下的失磁故障演變規(guī)律后可知,在高溫及電樞電流影響下,永磁體A點(diǎn)附近首先發(fā)生退磁,且由于A點(diǎn)附近工作點(diǎn)與C點(diǎn)接近,因此設(shè)置α類不均勻故障,對(duì)應(yīng)15、17微塊發(fā)生退磁情況,失磁程度為25%的輕微失磁。當(dāng)溫度和磁場(chǎng)環(huán)境更加惡劣,B、D點(diǎn)附近也發(fā)生退磁,由于B點(diǎn)附近工作點(diǎn)與D點(diǎn)附近接近,因此設(shè)置β類不均勻退磁故障,對(duì)應(yīng)15、17、1、3、29、31微塊發(fā)生退磁情況,根據(jù)失磁程度分為25%退磁、50%退磁、75%退磁情況,并遵循內(nèi)側(cè)角附近退磁程度比外側(cè)角嚴(yán)重的準(zhǔn)則。當(dāng)溫度和磁場(chǎng)環(huán)境繼續(xù)惡化,設(shè)置γ類故障,對(duì)應(yīng)5、17、1、3、29、31微塊發(fā)生完全退磁情況,各局部不均勻故障類型如表2所示。

表2 永磁體失磁故障類型編號(hào)

2 局部失磁故障下電磁性能研究

2.1 局部失磁故障對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響

永磁體隨著溫度的升高,其剩磁密度會(huì)隨之下降,因此不論電機(jī)失磁與否,其電磁轉(zhuǎn)矩都將隨著永磁體溫度的上升呈近似線性較小。而由于永磁體發(fā)生的局部退磁,永磁電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)進(jìn)一步減小。圖6為不同溫度下,仿真獲得永磁電機(jī)處于額定工況下的電流,各局部失磁情況下對(duì)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的影響。可以看出,其中失磁故障α由于失磁程度較小,其對(duì)轉(zhuǎn)矩幾乎無(wú)影響,而β類失磁故障中雖然失磁區(qū)域一致,但由于失磁程度的不同,其對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩衰減程度的差異較大,在180 ℃時(shí),β1、β2、β3失磁故障下的轉(zhuǎn)矩分別減少了3.63%、6.45%和9.34%;失磁故障γ由于其失磁面積及失磁程度最為嚴(yán)重,對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響也最大,180 ℃下其轉(zhuǎn)矩與無(wú)失磁100 ℃下的轉(zhuǎn)矩相比減小了15.74%。

圖6 不同失磁類型下電磁轉(zhuǎn)矩的變化

進(jìn)一步研究在不同的局部失磁情況下對(duì)永磁體和電樞齒間相互作用力的切向分量產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩的影響。圖7中,無(wú)失磁情況下的齒槽轉(zhuǎn)矩最大,幅值為4.4 Nm;而失磁故障γ下齒槽轉(zhuǎn)矩最小,幅值為2.5 Nm。當(dāng)局部不均勻失磁故障發(fā)生時(shí),其齒槽轉(zhuǎn)矩將隨著失磁程度的加重而減小。

圖7 不同失磁故障類型下的齒槽轉(zhuǎn)矩對(duì)比

2.2 局部失磁故障對(duì)交直軸電感的影響

永磁同步電機(jī)的矢量控制以及其弱磁范圍都與電機(jī)的交直軸電感Ld、Lq密切相關(guān),而不同的局部失磁故障會(huì)對(duì)永磁電機(jī)交直軸電感產(chǎn)生變化。因此,在不同溫度下,將電機(jī)設(shè)定在額定工況下運(yùn)行,各類失磁故障下交直軸電感變化曲線如圖8、圖9所示。

圖8 不同永磁體溫度下Ld

圖9 不同永磁體溫度下的Lq

從仿真結(jié)論中可以看出,隨著溫度的變化交直軸電感都隨著溫度的上升而呈增加趨勢(shì),直軸電感在永磁體溫度低于140 ℃時(shí)的變化并不明顯,但當(dāng)溫度超過(guò)140 ℃時(shí),直軸電感上升幅度較快。與之相比,交軸電感與溫度呈近似線性變化。通過(guò)對(duì)比100 ℃和180 ℃下的電感可知,無(wú)失磁下的Ld和Lq分別增加12.7%和9.8%。而在失磁故障下,Ld和Lq在不同永磁體溫度下都呈減小趨勢(shì),在永磁體180 ℃時(shí),失磁故障γ比無(wú)失磁狀態(tài)下的Ld和Lq減少了2.8%和2.3%。

因此,當(dāng)電機(jī)在某一穩(wěn)態(tài)工況下運(yùn)行時(shí),Ld和Lq將在高溫和永磁體局部區(qū)域失磁的共同作用下產(chǎn)生明顯變化。電動(dòng)汽車(chē)常用控制策略中,Ld、Lq是車(chē)用永磁電機(jī)控制系統(tǒng)中的重要電機(jī)參數(shù)之一。當(dāng)Ld、Lq改變時(shí),實(shí)際最大轉(zhuǎn)矩電流比與最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線將會(huì)發(fā)生偏移,理論工作點(diǎn)不再是最優(yōu)轉(zhuǎn)矩點(diǎn),恒轉(zhuǎn)矩區(qū)會(huì)出現(xiàn)電機(jī)定子銅損增加、效率下降等現(xiàn)象。如果永磁體未發(fā)生失磁狀況控制,可能會(huì)出現(xiàn)電機(jī)在弱磁區(qū)出現(xiàn)失控的現(xiàn)象。

2.3 局部失磁狀態(tài)下氣隙磁密分析

氣隙磁場(chǎng)是分析永磁電機(jī)工作性能的重要參數(shù),當(dāng)永磁體出現(xiàn)失磁時(shí),必然會(huì)影響磁場(chǎng)的波形及幅值大小。圖10為永磁電機(jī)在100 ℃時(shí),不同故障情況下的空載徑向氣隙磁密波形。

圖10 徑向空載氣隙磁密波形

可以看出空載氣隙磁密波形受到失磁故障的影響產(chǎn)生不同程度的畸變,磁密幅值也有不同程度的下降。進(jìn)一步研究其諧波幅值,如表3所示,分析發(fā)現(xiàn)在局部退磁情況下其諧波含量變化不大。

表3 不同失磁故障類型的徑向氣隙磁密高次諧波

3 基于希爾伯特黃變換的局部失磁故障特征提取

針對(duì)氣隙磁密以及齒槽轉(zhuǎn)矩等參數(shù)在電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)無(wú)法實(shí)時(shí)提取的問(wèn)題,本文進(jìn)一步研究空載反電勢(shì)和定子電流的故障特征波形。通過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn),利用時(shí)域或頻域分析方法,對(duì)局部失磁故障情況下的空載反電動(dòng)勢(shì)和定子電流波形進(jìn)行分析,其故障特征并不明顯,而時(shí)頻域分析方法——希爾伯特黃變換(Hilbert-Huang Transform, HHT)后則具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3.1 HHT變換原理

HHT由經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)和希爾伯特變換構(gòu)成,EMD能夠分解得到的本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function, IMF)從高頻到低頻的順序依次排列,每階IMF序列都代表了某種特定意義的頻帶信息,給局部失磁故障情況下的波形分析帶來(lái)了更多信息。

EMD分解步驟:

1) 由原始信號(hào)的局部上下極值點(diǎn)分別畫(huà)出上下包絡(luò)線。

2) 求上下包絡(luò)線的均值,畫(huà)出均值包絡(luò)線。

3) 通過(guò)原始信號(hào)減去均值包絡(luò)線得到中間信號(hào)。

4) 判斷該中間信號(hào)是否滿足IMF的條件,若滿足,該信號(hào)就是一個(gè)IMF分量,如果不滿足則以該信號(hào)為基礎(chǔ),重新上述步驟。

經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解后則有:

(2)

式中:x(t)為待分解的原始信號(hào);ci為第i個(gè)IMF分量;rn表示殘余項(xiàng)。

之后對(duì)任意一個(gè)IMF分量作希爾伯特變換,可以在不造成信息損失的前提下,得到一個(gè)復(fù)IMF分量信號(hào),即:

zi(t)=ai(t)ejθi(t)

(3)

式中:ai(t)是復(fù)IMF分量的瞬時(shí)振幅;θi(t)為復(fù)分量的瞬時(shí)相位;瞬時(shí)頻率ωi(t)=dθi(t)/dt。

因此可以得到希爾伯特譜,記為:

(4)

3.2 局部失磁狀態(tài)下空載反電勢(shì)分析

永磁同步電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形在理想情況下應(yīng)為正弦波。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知永磁電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)矢量方程為:

(5)

(6)

式中:ψc是由線圈電流產(chǎn)生的磁鏈;ψm為永磁體產(chǎn)生的磁鏈;E對(duì)Em求導(dǎo)得到的空載反電勢(shì)。

由式(6)可知永磁體在發(fā)生失磁故障時(shí),將會(huì)直接影響永磁磁鏈的大小進(jìn)而影響反電勢(shì)的波形,因此選取空載反電勢(shì)波形作為分析對(duì)象,對(duì)不同失磁故障下的空載反電勢(shì)波形進(jìn)行EMD分解,得到的IMF信號(hào)頻率由高到低逐漸減小,波長(zhǎng)越來(lái)越長(zhǎng)。其中IMF1為高頻信號(hào)成分,包含了波形故障信息的主要成分,因此將IMF1單獨(dú)提取出來(lái),得出不同失磁類型的IMF1頻譜圖如圖11所示。

圖11 不同失磁類型的IMF1頻譜圖

如圖11所示,觀察圖中所標(biāo)注的固定頻點(diǎn)2 566 Hz與5 366 Hz處,將其設(shè)為特征頻率f1與f2,提取這兩個(gè)特征頻率的幅值,得到如表4各類局部失磁故障下頻率f1與f2的幅值與無(wú)失磁故障的差異。為了更直觀地對(duì)永磁體失磁故障類型進(jìn)行分辨,令永磁體無(wú)失磁狀態(tài)下f1′與f2′頻率的幅值作為基數(shù),通過(guò)不同失磁類型下特征頻率幅值與無(wú)失磁下基數(shù)的比值,得到表5所示結(jié)果為固定頻點(diǎn)的峰值與不同失磁故障的關(guān)系,可以看出,不同失磁故障下其比值也有明顯不同,且在固定頻率f1特征更加明顯。

表4 不同失磁故障下頻率f1和f2處的幅值

表5 不同失磁故障下f1/ f1′和f2/ f2′處幅值比值

3.3 局部失磁狀態(tài)下負(fù)載定子電流分析

在電機(jī)負(fù)載狀態(tài)下,定子電流各個(gè)頻帶包含著不同的能量信號(hào),若電機(jī)發(fā)生了局部失磁故障,頻帶的能量也將隨之改變。通過(guò)對(duì)定子電流信號(hào)利用HHT變換進(jìn)行分析,可得到無(wú)故障及各局部失磁故障下的希爾伯特二維時(shí)頻譜,如圖12所示,選取10～30 ms時(shí)間段內(nèi)對(duì)比能量差異?？梢钥闯鲂盘?hào)的基頻為233 Hz,當(dāng)永磁體未發(fā)生失磁時(shí),其基頻能量為135 dB,當(dāng)失磁故障分別為α、β1、β2、β3、γ時(shí),其基頻能量分別為119.2、93.9、65.8、35.6、22.5 dB左右,與未失磁時(shí)相比,隨著不均勻失磁區(qū)域和失磁程度的增加,其能量顯著減少。進(jìn)一步觀察可發(fā)現(xiàn),α與β部位失磁時(shí),其基波頻率波動(dòng)變大,而在γ部位失磁時(shí),在高頻頻率段1 000～2 000 Hz段內(nèi)出現(xiàn)微弱的故障特征能量。

(a) 無(wú)失磁

(b) α失磁

(c) β1失磁

(d) β2失磁

(e) β3失磁

(f) γ失磁圖12 定子電流HHT時(shí)頻譜

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)車(chē)用永磁電機(jī)實(shí)際局部不均勻失磁故障,本文通過(guò)研究永磁體在不同溫度以及電樞電流作用下的磁通密度,建立計(jì)及永磁體局部不均勻失磁故障的永磁電機(jī)有限元模型,實(shí)現(xiàn)了永磁體局部退磁故障電氣特征的定性描述,并分析了局部失磁下轉(zhuǎn)矩、電感、徑向氣隙磁密、空載反電動(dòng)勢(shì)、負(fù)載電流參數(shù),得到如下結(jié)論:

(1) 永磁體局部區(qū)域失磁下,電機(jī)轉(zhuǎn)矩會(huì)受到溫度以及失磁故障的影響而下降,其中失磁最嚴(yán)重的γ故障較無(wú)失磁相比,轉(zhuǎn)矩減小了15.74%;同時(shí)齒槽轉(zhuǎn)矩幅值也會(huì)因局部失磁而出現(xiàn)幅值明顯減小的趨勢(shì)。交直軸電感在電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下隨著溫度的升高而增大,隨著局部失磁的嚴(yán)重而減小。局部失磁狀態(tài)下,徑向氣隙磁密波形將會(huì)發(fā)生畸變,但并不會(huì)產(chǎn)生特定失磁諧波。

(2) 利用希爾伯特黃變換對(duì)永磁體局部區(qū)域失磁下的電機(jī)空載反電勢(shì)進(jìn)行分析,其結(jié)果表明在額定轉(zhuǎn)速下,不同局部失磁故障中的反電勢(shì)IMF分量幅值都在固定頻率2 566 Hz處有明顯變化。在負(fù)載工況中,其額定電流的基頻能量在各局部失磁故障下故障特征明顯。

綜上所述,本文為永磁電機(jī)永磁體局部退磁故障下的永磁電機(jī)特性進(jìn)行全面分析,其中,空載反電動(dòng)勢(shì)及負(fù)載定子電流的分析結(jié)論可以為永磁電機(jī)在線故障診斷提供理論依據(jù)。