Испытание на размагничивание двигателя с постоянными магнитами: Проверка сильноточного повреждения и термического размагничивания

Почему испытание на размагничивание не подлежит обсуждению для машин с постоянными магнитами

Неодим-железо-бор (NdFeB) магниты приводят в действие самые энергоемкие электродвигатели на рынке, но они размагничивают. Каждый постоянный магнит имеет коэрцитивное поле. (Хк) ниже которого намагниченность стабильна; превысить его при достаточно большом противодействующем поле и магнит частично или полностью потеряет свой остаточный поток. В тяговых двигателях, этот порог может быть превышен при трехфазном коротком замыкании, серьезное сверхтоковое событие, или длительная работа при повышенной температуре магнита. После размагничивания, двигатель выдает меньший крутящий момент на ампер, работает горячее, и никогда не сможет восстановиться без повторного намагничивания на заводе..

Таким образом, проверочное тестирование должно продемонстрировать две вещи.: первый, что двигатель выдерживает события неисправности, определенные в его спецификации, без необратимого размагничивания.; второй, что он работает в безопасной рабочей зоне во всем температурном диапазоне, который он видит в эксплуатации. В этом руководстве объясняется, как проводятся испытания на размагничивание и какое значение их результаты имеют для принятия проектных решений..

Физика фон: Кривая размагничивания

Соответствующей характеристикой материала является кривая размагничивания B-H при рабочей температуре.. Марки NdFeB определяются по остаточной плотности потока Br (обычно 1,0–1,4 Тл при 20°C) и их внутренняя коэрцитивность Hci. Оба падают с повышением температуры: Br примерно на -0,11%/°C и Hci на -0,5–0,7%/°C для стандартных марок.. Следовательно, Магнит, который комфортно выдерживает пиковый ток по оси d при температуре 25°C, может частично размагничиваться при температуре 120°C под действием того же тока. Высокопринудительные оценки (НАПРИМЕР., Марка Н42Ш или Н42УХ) повысить температурный порог, но с более высокими затратами и со слегка сниженной плотностью потока.

Разработчик двигателя вычисляет линию нагрузки — магнитное поле, воспринимаемое магнитом благодаря магнитодвижущей силе обмотки, — и проверяет, что оно никогда не пересекает излом кривой размагничивания.. Тестовая проверка затем подтверждает эти расчеты экспериментально..

Основные тестовые задания

1. Предварительное тестирование базовой линии противо-ЭДС

Перед любым внесением неисправности, испытательный стенд приводит двигатель в движение с определенной скоростью (обычно номинальная скорость или 1,000 об/мин) в условиях холостого хода и записывает линейную форму сигнала обратной ЭДС при нескольких заданных значениях температуры.: 25°С, рабочая температура магнита (80–120°С), и максимальная указанная температура. Основное среднеквадратичное значение каждой фазы и спектр гармоник сохраняются в качестве эталонной базовой линии.. Размагничивание уменьшит основную амплитуду.; частичное или асимметричное размагничивание также приведет к появлению дополнительных гармоник..

Ключевые показатели: Постоянная противо-ЭДС kE при каждой температуре; гармонические искажения THD < 3% для хорошо спроектированной машины.

2. Импульсная подача короткого замыкания

Самым критическим событием для размагничивания является внезапное трехфазное короткое замыкание на клеммах двигателя.. Стенд подает контролируемый импульс короткого замыкания, пока двигатель вращается с номинальной или максимальной скоростью., применение тока размагничивания наихудшего случая (который достигает максимума сразу после возникновения неисправности, а затем затухает с постоянной времени по оси d). Продолжительность контролируется в соответствии со временем устранения неисправности инвертора., обычно 1–10 мс. Испытание повторяется при максимальной указанной температуре магнита. (использование термокамеры или встроенных в обмотку резистивных нагревателей для предварительного замачивания магнитов). После каждого импульса, двигатель охлаждается до 25°C, противо-ЭДС повторно измеряется и сравнивается с базовым значением.

Критерий прохождения: фундаментальное снижение противо-ЭДС < 2% (или согласно спецификации OEM) после любого единичного события неисправности при указанной температуре.

3. Высокотемпературный (Термальный) Тест на размагничивание

В этом тесте, двигатель выдерживается при максимальной номинальной температуре магнита (часто 120–160°C в зависимости от сорта) с постоянным током размагничивания наихудшего случая. Сочетание повышенной температуры, которая снижает Hci, и противоположного поля от пикового тока по оси d представляет собой наиболее тяжелые условия длительной эксплуатации.. Температура измеряется встроенными термопарами. (К-тип) в нескольких положениях магнита. Испытание проводится в течение продолжительности, соответствующей максимальной длительной перегрузке или тепловой постоянной времени магнита., затем двигатель охлаждается и производится повторное измерение противо-ЭДС..

4. Обнаружение асимметричного размагничивания

Частичное размагничивание отдельных сегментов магнита порождает даже гармоники противо-ЭДС, отсутствующие в исправном двигателе.. БПФ трех сигналов обратной ЭДС сравнивается до и после возникновения неисправности.; появление 2-й и 4-й гармоник выше уровня шума указывает на локализованное повреждение магнита.. Асимметричное размагничивание особенно важно для многополюсных машин с сегментными магнитами, поскольку один поврежденный сегмент создает дисбаланс ротора и может вызвать повышение частоты подшипников..

Ключевые показатели: 2амплитуда й гармоники < 0.3% фундаментальных; асимметрия между фазами < 1%.

5. Размагничивание при повторяющихся неисправностях

Внесение неисправности повторяется N раз. (где N определяется анализом функциональной безопасности или моделью эксплуатационной надежности.) для оценки кумулятивной деградации. Двигатель, переживший единичную неисправность, может все еще проявлять прогрессивное размагничивание после 10 или 20 события. Испытательный стенд автоматизирует последовательность импульсов, контролирует противо-ЭДС после каждого события, и строит траекторию деградации. Двигатель, противо-ЭДС которого стабилизируется после 2–3 неисправностей, имеет насыщаемый механизм деградации.; тот, который продолжает снижаться, требует пересмотра конструкции.

6. Проверка перемагничивания

Если двигатель не соответствует критерию размагничивания, магниты повторно намагничиваются с помощью импульсного намагничивателя, и двигатель повторно тестируется. Это подтверждает, что размагничивание не было вызвано производственным браком. (треснувший магнит, неправильная оценка, неправильное направление намагничивания) но по состоянию эксплуатации, превышающему проектные запасы.

Требования к испытательному стенду

Для испытательного стенда размагничивания требуется программируемый источник питания переменного или постоянного тока, способный обеспечивать пиковый ток короткого замыкания. (обычно 3–10× номинальный ток в течение 1–10 мс), система измерения тока с высокой пропускной способностью (пропускная способность > 10 кГц для точного определения пикового тока повреждения.), и термическая камера или система подготовки охлаждающей жидкости для поддержания температуры магнита в пределах ±2°C во время испытания.. Система измерения обратной ЭДС должна разрешать амплитуды напряжения так, чтобы 0.1% полного значения в широком диапазоне частот (50 Гц до 2 кГц для машин с большим числом полюсов).

Что это означает для выбора испытательного стенда

Испытание на размагничивание находится на границе между определением характеристик электрических машин и проверкой безопасности.. Испытательная инфраструктура должна включать в себя силовую электронику, способную контролировать внесение неисправностей, с прецизионной метрологией для измерения противо-ЭДС.. Если в вашей программе двигателя используются высокопроизводительные NdFeB или ферритовые магниты и он работает при повышенной температуре или при высоком токе по оси d из-за ослабления поля., испытание на размагничивание не является обязательным — это обязательный этап в плане проверки конструкции..

Мы поддерживаем программы испытаний на размагничивание от небольших серводвигателей до больших тяговых двигателей мощностью в сотни киловатт.. Чтобы обсудить конфигурации испытаний для вашего конкретного класса магнита и рабочего диапазона., поговорите с нашей командой инженеров.