영구자석 모터 탈자화 테스트: 고전류 결함 및 열 감자 검증

PM 기계에서 감자 테스트가 협상 불가능한 이유

네오디뮴-철-붕소 (NdFeB) 자석은 시장에서 가장 에너지 밀도가 높은 전기 모터에 전력을 공급합니다.. 모든 영구 자석에는 보자력장이 있습니다. (HC) 그 이하에서는 자화가 안정적입니다.; 충분히 큰 반대 자기장으로 이를 초과하면 자석의 나머지 자속이 부분적으로 또는 완전히 손실됩니다.. 견인 모터에서, 이 임계값은 3상 단락 오류 중에 초과될 수 있습니다., 심각한 과전류 현상, 또는 높은 자석 온도에서 장기간 작동. 일단 자기가 없어지면, 모터는 앰프당 더 적은 토크를 생성합니다., 더 뜨거워진다, 공장에서 다시 자화되지 않으면 절대 복구되지 않을 수 있습니다..

따라서 검증 테스트에서는 두 가지를 입증해야 합니다.: 첫 번째, 모터는 되돌릴 수 없는 자기소거 없이 사양에 정의된 결함 이벤트를 견뎌냅니다.; 두번째, 서비스 중에 볼 수 있는 전체 온도 범위에 걸쳐 안전 작동 영역 내에서 작동하는지 여부. 이 가이드에서는 감자 테스트를 설정하는 방법과 결과가 설계 결정에 미치는 영향을 설명합니다..

물리학 배경: 감자곡선

관련 재료 특성은 작동 온도에서의 B-H 감자 곡선입니다.. NdFeB 등급은 잔여 자속 밀도 Br로 정의됩니다. (일반적으로 20°C에서 1.0–1.4 T) 그리고 그들의 본질적인 보자력 Hci. 둘 다 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 표준 등급의 경우 Br은 약 −0.11%/°C, Hci는 −0.5 ~ −0.7%/°C만큼 감소합니다.. 따라서, 25°C에서 d축 피크 전류를 편안하게 견딜 수 있는 자석은 동일한 전류 하에서 120°C에서 부분적으로 자기를 잃을 수 있습니다.. 고 보자력 등급 (예를 들어, N42SH 또는 N42UH 등급) 온도 임계값을 더 높이지만 비용이 더 많이 들고 자속 밀도가 약간 감소합니다..

모터 설계자는 부하선(권선의 기자력으로 인해 자석에 나타나는 자기장)을 계산하고 이것이 감자 곡선의 무릎을 결코 넘지 않는다는 것을 확인합니다.. 그런 다음 테스트 검증을 통해 이러한 계산을 실험적으로 확인합니다..

핵심 테스트 항목

1. 사전 테스트 역기전력 기준선

오류 주입 전, 테스트 벤치는 정의된 속도로 모터를 구동합니다. (일반적으로 정격 속도 또는 1,000 rpm) 무부하 조건에서 여러 온도 설정점에서 라인 간 역기전력 파형을 기록합니다.: 25℃, 자석 작동 온도 (80-120°C), 최대 지정 온도. 각 위상의 기본 RMS 값과 고조파 스펙트럼이 기준 기준선으로 저장됩니다.. 감자는 기본 진폭을 감소시킵니다.; 부분적 또는 비대칭 감자화로 인해 추가 고조파 함량도 발생합니다..

주요 지표: 각 온도에서 역기전력 상수 kE; 고조파 왜곡 THD < 3% 잘 설계된 기계를 위해.

2. 단락 펄스 주입

자기소거의 가장 중요한 사건은 모터 단자의 갑작스러운 3상 단락입니다.. 모터가 정격 또는 최대 속도로 회전하는 동안 벤치는 제어된 단락 펄스를 주입합니다., 최악의 자기소거 전류 적용 (결함 발생 직후 최고점에 도달한 후 d축 시상수에 따라 감소합니다.). 지속시간은 인버터 결함 제거 시간과 일치하도록 제어됩니다., 일반적으로 1~10ms. 테스트는 지정된 최대 자석 온도에서 반복됩니다. (자석을 미리 담그기 위해 권선에 열 챔버 또는 내장된 저항 히터를 사용합니다.). 각 펄스 후, 모터가 25°C로 냉각되고 역기전력이 다시 측정되어 기준선과 비교됩니다..

합격 기준: 역기전력(back-EMF) 근본적 감소 < 2% (또는 OEM 사양에 따라) 지정된 온도에서 단일 오류가 발생한 후.

3. 고온 (열의) 감자 테스트

이번 테스트에서는, 모터가 최대 정격 자석 온도에 젖어 있습니다. (등급에 따라 종종 120~160°C) 최악의 자기소거 전류를 지속적으로 인가한 경우. Hci를 감소시키는 상승된 온도와 피크 d축 전류의 반대 필드의 조합은 가장 가혹한 지속 작동 조건을 나타냅니다.. 온도는 내장된 열전대로 측정됩니다. (K형) 여러 자석 위치에서. 시험은 최대 지속 과부하 또는 자석의 열 시상수에 해당하는 기간 동안 유지됩니다., 그런 다음 모터가 냉각되고 역기전력이 다시 측정됩니다..

4. 비대칭 감자 감지

개별 자석 세그먼트의 부분 감자화는 건강한 모터에는 없는 역기전력(back-EMF)의 고조파를 생성합니다.. 세 가지 역기전력 파형의 FFT는 결함 주입 전후를 비교합니다.; 노이즈 플로어 위에 2차 및 4차 고조파 성분이 나타나는 것은 국부적인 자석 손상을 나타냅니다.. 단일 손상된 세그먼트가 로터 불균형을 일으키고 베어링 주파수를 자극할 수 있기 때문에 비대칭 자기소거는 세그먼트 자석이 있는 다중 극 기계에 특히 중요합니다..

주요 지표: 2차 고조파 진폭 < 0.3% 근본적인; 위상 간 비대칭 < 1%.

5. 반복되는 오류 이벤트에서 자기소거

결함 주입이 N번 반복됩니다. (여기서 N은 기능 안전 분석 또는 현장 신뢰성 모델로 정의됩니다.) 누적 저하를 평가하기 위해. 단일 결함에서 살아남은 모터는 이후에도 점진적인 자기소거를 나타낼 수 있습니다. 10 또는 20 이벤트. 테스트 벤치는 펄스 시퀀스를 자동화합니다., 각 이벤트 후 역기전력을 모니터링합니다., 그리고 분해 궤적을 그립니다.. 2~3회 오류 후 역기전력이 안정화되는 모터에는 포화 저하 메커니즘이 있습니다.; 계속해서 쇠퇴하는 것은 디자인 수정이 필요합니다.

6. 재자화 검증

모터가 자기소거 기준을 충족하지 못하는 경우, 펄스 자화기를 사용하여 자석을 다시 자화하고 모터를 다시 테스트합니다.. 이는 감자가 제조 결함으로 인한 것이 아님을 확인합니다. (깨진 자석, 잘못된 성적, 잘못된 자화 방향) 그러나 설계 여유를 초과하는 작동 조건으로 인해.

테스트 벤치 요구 사항

감자기 테스트 벤치에는 피크 단락 전류를 소싱할 수 있는 프로그래밍 가능한 AC 또는 DC 전원이 필요합니다. (일반적으로 1~10ms 동안 3~10× 정격 전류), 고대역폭 전류 측정 시스템 (대역폭 > 10 오류 전류 피크를 정확하게 포착하기 위한 kHz), 테스트 중 자석 온도를 ±2°C 이내로 유지하기 위한 열 챔버 또는 액체 냉각수 조절 시스템. 역기전력 측정 시스템은 전압 진폭을 해결해야 합니다. 0.1% 넓은 주파수 범위에 걸친 전체 범위 값 (50 에 헤르츠 2 극수가 많은 기계의 경우 kHz).

테스트 벤치 선택에 있어 이것이 의미하는 바

자기소거 테스트는 전기 기계 특성화와 안전 검증 사이의 경계에 있습니다.. 테스트 인프라는 역기전력 측정을 위한 정밀 계측과 결함 주입을 제어할 수 있는 전력 전자 장치를 통합해야 합니다.. 모터 프로그램이 고성능 NdFeB 또는 페라이트 자석을 사용하고 약계자를 위해 높은 온도 또는 높은 d축 전류에서 작동하는 경우, 자기소거 테스트는 선택사항이 아닙니다. 설계 검증 계획의 필수 게이트입니다..

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