永磁体涡流损耗模拟和磁测量方法的研究

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稀土永磁电机广泛应用于风力发电,电动汽车、医疗设备等领域和人们的日常生活中。稀土永磁电机中的永磁体大多采用具有较高的矫顽力和剩磁的钕铁硼材料,其电导率高、耐热性差。永磁电机一般采用逆变器驱动,这种驱动方式会产生大量的时间谐波;同时,电机分布绕组会在气隙中产生空间谐波;此外,定子开槽引起的气隙磁导变化会在电机气隙中产生齿谐波。以上几种形式的谐波会在电机永磁体中产生涡流损耗,影响永磁体的磁特性甚至造成失磁。目前研究钕铁硼涡流损耗的方法主要是有限元法,解析法和等效磁路法。每种方法都有其局限性,有限元法可以精确的计算永磁体的涡流损耗值,而且可以对复杂的模型进行建模,但同时会花费大量时间。解析法可以快速对永磁体的涡流损耗进行计算,但是需要经常忽略各种边界条件,计算精度不高,而且对于复杂的模型很难列出解析式。等效磁路法可以快速精确的计算永磁体的涡流损耗,但是存在对于复杂模型难以建立等效磁路的问题。目前对于直接测试永磁体的涡流损耗的方法还很少。本文设计了一套永磁体涡流损耗测试系统,主要是基于测试永磁体在交变磁场下的B-H曲线,通过计算B-H曲线围成的面积来计算其损耗。永磁体在其退磁曲线拐点以前的磁导率接近于1,所以此时测试出的损耗相当于只有涡流损耗没有磁滞损耗。同时本文也提出了一种能精确测试永磁体表面磁场的方法。本文主要开展了以下几个方面的研究工作:(1)在正弦激磁条件下测试铜块的B-H曲线,并与永磁体测试出的B-H曲线进行比较,验证测试原理的正确性。(2)在不同频率、不同激磁条件下测试钕铁硼样品的涡流损耗,以及其涡流损耗的计算方法。(3)开展镀铜、镀锌钕铁硼的涡流损耗的测试工作及与无镀层样品的对比分析。(4)分析了在不同方向给钕铁硼样品激磁时,涡流损耗的差异。(5)对无磁性,未饱和充磁的钕铁硼样品进行损耗特性测试,进而定量分析了无磁性钕铁硼的相对磁导率以及未饱和充磁钕铁硼样品的磁滞损耗特性。(6)对一台永磁同步电机在变频器驱动下的相电流谐波进行了测试,并对其进行谐波分析。提取出的谐波波形输入到永磁体的涡流损耗测试系统中,测试谐波激磁条件下永磁体涡流损耗特性,并提出数据分段计算整体涡流损耗的方法。
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