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永磁同步電機由于其結(jié)構簡單、運行可靠、損耗少、功率密度高、電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點，應用范圍極為廣泛，遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)和產(chǎn)和日常生活的各個領域。目前，永磁電機的應用領域仍在不斷的拓展，風力發(fā)電、電動汽車等新能源領域也在大量使用永磁電機。因此，為了確保像電動汽車這樣的應用系統(tǒng)以及其它對可靠性要求更高的應用領域的安全性，必須重視永磁同步電動機運行的可靠性和穩(wěn)定性。

嵌入電機內(nèi)的永磁體是永磁同步電機重要的結(jié)構部件，它的磁性能直接影響永磁同步電機的效率、性能和可靠性。在溫度、電樞反應及機械振動等因素影響下，嵌入電機內(nèi)的永磁體可能會產(chǎn)生不可逆失磁，使電機性能急劇下降，甚至有可能導致電機停轉(zhuǎn)，對于像電動汽車這樣的應用系統(tǒng)，永磁電機的突然失磁是非常危險的。因此，分析永磁同步電機的永磁體磁性能及失磁故障，對電機安全高效運行具有十分重要的意義[1][2]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近年來，國內(nèi)外對永磁材料的失磁機理和永磁同步電機的失磁故障進行了廣泛的研究。文獻[3]對稀土永磁材料的交流失磁現(xiàn)象進行研究，總結(jié)出稀土永磁材料表面磁感應強度在不同頻率的交變磁場作用下隨時間的變化規(guī)律。文獻[4]針對稀土永磁同步電機在運行一段時間后性能下降這一現(xiàn)象，分析了引起電機失磁的原因，提出了在檢修和運行中避免失磁的一些有效方法。文獻[5]提出了一種基于卡爾曼濾波器的永磁同步電機永磁體磁場狀況在線監(jiān)測方法。文獻[6][7]中通過建立參數(shù)模型或有限元模型來研究電機的失磁故障，提出了一些對永磁同步電機失磁故障的監(jiān)測方法。文獻[10]對失磁故障原因進行了全面的分析，提出了離線和在線檢測方法。基于永磁體磁場狀況的動態(tài)監(jiān)測，可防止永磁電機失磁狀況的惡化，降低不可逆失磁程度。文獻[13]提出一種改進的反電勢法，可用于永磁體磁鏈估計。 永磁同步電機失磁的發(fā)生 任何磁性材料都存在材料自身的磁性能穩(wěn)定問題。永磁材料也具有失磁特性，當嵌入電機內(nèi)作為勵磁磁極后，受電機運行時溫度、電樞反應、機械振動以及其它因素的綜合影響，永磁體發(fā)生不可逆失磁的風險增加，導致電機的性能下降甚至使電機停轉(zhuǎn)。
1、機械與化學原因
引起永磁體失磁的機械方面的原因主要是發(fā)生劇烈振動使永磁體破損、碎裂，磁疇的磁矩方向發(fā)生變化從而使永磁體磁性能下降。化學失磁主要是由于永磁體表面處理不當，或表面鍍層破壞導致永磁體暴露而銹蝕引起的。
2、溫度
溫度對永磁體的磁性能有很大的影響。在永磁體使用過程中，環(huán)境溫度處于變化中，其磁性能隨著溫度的變化而變化，在其它工作條件都正常僅溫度升高時，永磁體有可能產(chǎn)生不可逆失磁。
3、沖擊電流
電機發(fā)生短路故障或瞬時過載產(chǎn)生的沖擊電流都會引起同步電機失磁的發(fā)生。
4、渦流
在電機處于負載工況時，特別是高速弱磁時，電機的合成磁場存在大量諧波，將在永磁體表面產(chǎn)生渦流，導致永磁體溫度升高，增加了永磁體的失磁風險。
5、去磁磁場
如果控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，在高速時會產(chǎn)生過大的去磁電流，可能導致永磁體失磁。 失磁對電機性能的影響 失磁對同步電動機有很大危害。永磁電機中的永磁體失磁后,電機的性能下降，出力不足。如果失磁嚴重，電機將不能驅(qū)動負載甚至被燒毀。
假定在某一恒定負載下，永磁體發(fā)生了不可逆失磁，磁性能就會降低，剩余磁感應強度會下降。如果電機負載不變，即要求輸出的電磁功率不變，必然會使功角增大和電流增加來產(chǎn)生與負載平衡的電磁力矩。隨著永磁同步電機不可逆失磁的產(chǎn)生，電機的鐵損和銅損都會增加，電機效率明顯下降[11]。

永磁同步電機在設計時，通常會把空載反電動勢設置在一個合理的范圍，以便節(jié)省永磁材料、提高功率因素和電機效率。失磁發(fā)生后，永磁體磁性能的改變直接影響氣隙磁場的分布，氣隙磁通的基波及諧波幅值也將發(fā)生改變。若電機仍以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在定子繞組中產(chǎn)生的感應電動勢將隨之發(fā)生改變。空載感應電動勢（反電動勢）是反應電機永磁體磁性能最直接的變量。反電動勢的大小不僅決定電機運行于增磁狀態(tài)還是去磁狀態(tài)，而且對電機的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能都有很大的影響。研究反電動勢的變化便可以直接掌握永磁體磁性能的變化。 永磁電機失磁的檢測方法 1、儀器檢測 文獻[4]中提出了用儀器檢測電動機的氣隙磁場來判斷電機是否失磁。主要檢測方法可分為以下幾個方面：
①特斯拉計
特斯拉計（高斯計）是根據(jù)霍爾效應制成的，可以方便地測試氣隙中的磁場、磁體的表面磁場和距磁體一定距離的磁場。測試時，轉(zhuǎn)動霍爾探頭，使之與磁場方向垂直。特斯拉計測試的磁場是霍爾片上的平均磁場，接近于點測試，可以測出磁場的不均勻性。
②磁通表
磁通表（韋伯計）是利用電磁感應定律測量磁通量的直讀儀表。當測試線圈從磁場中抽出時，磁通表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。線圈內(nèi)被測磁通或磁通密度可用儀表說明書中給定的公式計算。用抽拉線圈方法可以測得線圈面積內(nèi)平均磁通密度或磁場值。
③直流磁特性測試儀
直流磁特性測試儀能夠同時測試材料的Br，Hc，其工作原理是用電子磁通計測出在外磁場作用下磁化強度或磁感應強度的變化，同時用另一電子磁通計或霍爾探頭測出空隙中磁場的變化，將信號分別輸入X—Y記錄儀的x端和y端，由此自動記錄材料的退磁曲線和磁滯回線。
儀器檢測雖然簡單易實現(xiàn)但并不準確，不能對失磁機理進行深入的分析。除上述方法之外，還有Matlab仿真，有限元分析法等。 2、Matlab仿真 Matlab提供了強大的信號處理能力和圖形處理能力，在此基礎上結(jié)合Matlab可視化編程功能對電機故障診斷中信號處理部分進行可視化編程，使得信號處理過程簡單方便，并且能夠?qū)π盘栠M行多種變換，有利于診斷人員觀察故障特征，得出正確的故障診斷結(jié)果。 3、有限元分析法 有限元法是將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體，用在每個單元內(nèi)假設的近似函數(shù)來分片地表示求解域上待求的未知場函數(shù)，從而使一個連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題[9]。有限元法在20世紀40年代被提出后逐漸應用于飛機設計和工程電磁分析領域，能對復雜的電磁場進行高精度求解。它具有適應復雜邊界條件或邊界形狀、較高的求解精度、能求解非線性問題等優(yōu)點，因此，特別適合求解電機這類邊界條件復雜、存在非線性材料的磁場問題。
①電磁場有限元法
電磁場有限元法是對電磁場偏微分方程求數(shù)值解，它的求解步驟是首先將整個求解區(qū)域離散化，分割成許多小的區(qū)域，稱之為“單元”或者“有限元”。然后將偏微分方程的邊值問題等價為條件變分問題及泛函數(shù)求極值的問題，利用剖分插值在單元上構造插值函數(shù)，離散化變分問題為普通多元函數(shù)的極值問題，以及最終演變成求解一組多元代數(shù)方級組，這些方程的解就是待求邊值問題的數(shù)值解。通過電磁場有限元法求得各點磁位后，再通過變換（即后處理）就可以得到分析所需要的力、轉(zhuǎn)矩、損耗、電抗、電動勢等參數(shù)[11]。
②電磁場仿真軟件Ansoft介紹
如果借助有限元電磁場仿真元件，電機設計和故障分析會變得非常方便，其求解精度滿足工程要求，且速度相當快。Ansoft是世界著名的商用電磁場有限元軟件之一，主要用于設計和分析各種電磁設備和機電設備，例如：電機、變壓器、傳感器及其它電磁設備。它基于麥克斯韋方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場計算轉(zhuǎn)變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼?，具有操作界面友好，能夠進行分布式計算和并行計算，求解準確性高等特點。Ansoft能夠自動自適應產(chǎn)生適當、高效和準確的網(wǎng)格剖分，這種自動自適應剖分技術可以使有限元分析變得更簡單。利用Ansoft軟件，可以分析電機在不同工況下的磁場分布情況，獲得各種性能參數(shù)曲線與數(shù)據(jù)。 總結(jié) 通過以上文獻資料的整理，大致確定了對永磁同步電機進行失磁診斷的思路：基于功能強大的有限元電磁場仿真軟件Ansoft對永磁同步電機進行建模仿真，模擬其發(fā)生失磁故障，對失磁狀態(tài)下的空載反電動勢頻譜進行分析，并與正常狀態(tài)下的運行情況進行比較；同時分析電機在額定負載下失磁后一些狀態(tài)參數(shù)的變化情況

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