一、前言
在工科電類本科生的電機課程里,有電機弱磁調(diào)速控制的知識點。該課程主要講述了電機弱磁調(diào)速的外在運行特性(速度特性、轉(zhuǎn)矩特性),但沒有講述如何完成電機的弱磁調(diào)速。
今天,我們就電機的去磁(弱磁)和充磁(增磁)技術,進行介紹。本次介紹的電機調(diào)磁技術,只是電機調(diào)磁的方法之一(哈哈)。
如下圖1所示,是永磁體增磁或去磁的過程。假如向永磁體施加正向的外加磁場,則會使永磁體材料本身產(chǎn)生充磁現(xiàn)象,譬如從P3點經(jīng)Pm1到P1點(圖1的藍色剪頭曲線所示);假如向永磁體施加負向的外加磁場,則會使永磁體材料本身產(chǎn)生去磁現(xiàn)象,譬如從P1點經(jīng)Pd1到P3點(圖1的紅色剪頭曲線所示)。
若是對永磁體材料進行反向充磁,則此現(xiàn)象將會發(fā)生在圖1所示的第三象限和第四象限之中。
另外,負載線表示永磁體始終處于外加磁場之中(譬如電機在運行之中)。
圖 1 永磁體充磁(增磁或去磁)的過程
二、理論仿真
如下圖2所示,是采用電磁場分析和計算軟件ANSYS Electronics 2019,對新型磁通切換永磁電機進行二維有限元網(wǎng)格剖分,為下一步的仿真計算和分析,奠定基礎。
圖 2 新型磁通切換永磁電機有限元計算的網(wǎng)格剖分
如下圖3所示,是在圖2的有限元計算的網(wǎng)格剖分之后,通過仿真計算軟件ANSYS Electronics 2019獲得了新型磁通切換永磁電機增磁和去磁情況下的磁場分布情況。
其中,圖3(a)是新型磁通切換永磁電機在增磁情況下的磁通分布,圖3(b)是新型磁通切換永磁電機在去磁情況下的磁通分布。對比二者可得,新型磁通切換永磁電機的增磁和去磁情況下的磁通量存在很大差異,這將會影響電機繞組的磁通量和感應電動勢,進而影響電機的控制效果。
(a)增磁
(b)去磁
圖 3 新型磁通切換永磁電機的增磁和去磁仿真
如下圖4所示,是新型磁通切換永磁電機增磁過程的感應電動勢,增磁持續(xù)時間是45ms,增磁電流是12A。比較和分析可得:在新型磁通切換永磁電機增磁之前,其單相感應電動勢是13.68V;增磁之后,其感應電動勢增加至29.2V。
另外,當增磁電流達到15A的時候,新型磁通切換永磁電機的感應電動勢增至32.5V。因此,在較大增磁電流的情況下,不易產(chǎn)生較大的感應電動勢。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因,主要是永磁體LNG52本身就存在去磁效應(撤銷增磁電流之后),且永磁體LNG52的矯頑力也不是太大。
圖 4 新型磁通切換永磁電機增磁過程的感應電動勢
三、硬件實驗測試
經(jīng)過上述永磁電機結構設計、仿真分析和優(yōu)化(另外闡述,假如您感興趣),加工制作了新型磁通切換永磁電機,及其硬件實驗測試平臺,如下圖5所示。另外,該硬件實驗測試系統(tǒng),主要包括直流電源、驅(qū)動器、控制器、兩種磁通切換永磁電機、伺服電機、增磁和去磁裝置、示波器、電流鉗、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測試儀、編程器(電腦)組成。
(a)磁通切換永磁記憶電機三維結構
圖 5 新型磁通切換永磁電機增磁和去磁的硬件平臺
圖6示出了電機增磁和去磁控制的硬件實驗測試結果。由圖6(a)和圖6(b)可得,在1000轉(zhuǎn)/分鐘的情況下,新型磁通切換永磁電機的最大去磁感應電動勢幅值是15.6V,最大增磁能力的感應電動勢幅值是30.6V,這充分表明新型磁通切換永磁電機具備較大的調(diào)磁空間。
(a)新型磁通切換永磁電機的去磁測試
(c)新型磁通切換永磁電機的增磁測試
圖6 新型磁通切換永磁電機增磁和去磁的實驗測試結果
圖7示出了本實驗測試平臺自主搭建的電機內(nèi)的永磁體(LNG52)去磁和增磁的實驗裝置控制系統(tǒng)。
圖7 永磁體(LNG52)去磁和增磁的控制系統(tǒng)
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