Kiểm tra khử từ động cơ nam châm vĩnh cửu: Xác nhận lỗi dòng điện cao và khử từ nhiệt

Tại sao việc thử nghiệm khử từ là không thể thương lượng đối với máy PM

Neodymium-sắt-boron (NdFeB) nam châm cung cấp năng lượng cho các động cơ điện có mật độ năng lượng cao nhất trên thị trường nhưng chúng khử từ. Mỗi nam châm vĩnh cửu đều có một trường cưỡng bức (Hc) dưới mức từ hóa ổn định; vượt quá nó với một trường đối lập đủ lớn và nam châm mất một phần hoặc toàn bộ từ thông còn sót lại. Trong động cơ kéo, ngưỡng này có thể bị vượt qua khi có sự cố ngắn mạch ba pha, một sự kiện quá dòng nghiêm trọng, hoặc hoạt động kéo dài ở nhiệt độ nam châm cao. Sau khi khử từ, động cơ tạo ra ít mô-men xoắn trên mỗi amp, chạy nóng hơn, và có thể không bao giờ phục hồi nếu không được tái từ hóa tại nhà máy.

Do đó, việc kiểm tra xác nhận phải chứng minh được hai điều: Đầu tiên, rằng động cơ vẫn tồn tại sau các sự kiện lỗi được xác định trong thông số kỹ thuật của nó mà không bị khử từ không thể đảo ngược; thứ hai, rằng nó hoạt động trong vùng vận hành an toàn trên toàn bộ phạm vi nhiệt độ mà nó sẽ thấy khi hoạt động. Hướng dẫn này giải thích cách thiết lập các thử nghiệm khử từ và kết quả có ý nghĩa gì đối với các quyết định thiết kế.

Nền Vật Lý: Đường cong khử từ

Đặc tính vật liệu liên quan là đường cong khử từ B-H ở nhiệt độ vận hành. Cấp NdFeB được xác định bởi mật độ từ thông còn sót lại của chúng Br (thường là 1,0–1,4 T ở 20°C) và lực cưỡng chế nội tại của chúng Hci. Cả hai đều giảm khi nhiệt độ ngày càng tăng—Br khoảng −0,11%/°C và Hci khoảng −0,5 đến −0,7%/°C đối với các loại tiêu chuẩn. Do đó, một nam châm chịu được dòng điện cực đại trên trục d ở 25°C có thể khử từ một phần ở 120°C dưới cùng một dòng điện. Cấp độ cưỡng chế cao (ví dụ., Lớp N42SH hoặc N42UH) đẩy ngưỡng nhiệt độ cao hơn nhưng với chi phí cao hơn và mật độ từ thông giảm nhẹ.

Người thiết kế động cơ tính toán đường tải—từ trường mà nam châm nhìn thấy do lực từ trường của cuộn dây—và xác minh rằng nó không bao giờ vượt qua đầu gối của đường cong khử từ. Kiểm tra xác nhận sau đó xác nhận các tính toán này bằng thực nghiệm.

Mục kiểm tra cốt lõi

1. Đường cơ sở quay lại EMF thử nghiệm trước

Trước khi tiêm lỗi, băng thử dẫn động động cơ ở tốc độ xác định (tốc độ thường được đánh giá hoặc 1,000 vòng/phút) trong điều kiện không tải và ghi lại dạng sóng EMF ngược từng dòng ở nhiều điểm đặt nhiệt độ: 25°C, nhiệt độ hoạt động của nam châm (80–120°C), và nhiệt độ quy định tối đa. Giá trị RMS cơ bản của từng pha và phổ hài được lưu trữ làm đường cơ sở tham chiếu. Khử từ sẽ làm giảm biên độ cơ bản; khử từ một phần hoặc không đối xứng cũng sẽ tạo ra nội dung hài bổ sung.

Số liệu chính: hằng số EMF ngược kE ở mỗi nhiệt độ; biến dạng sóng hài THD < 3% cho một chiếc máy được thiết kế tốt.

2. Tiêm xung ngắn mạch

Sự kiện quan trọng nhất đối với quá trình khử từ là sự cố ngắn mạch ba pha đột ngột ở các cực của động cơ.. Băng ghế sẽ truyền một xung ngắn mạch được kiểm soát trong khi động cơ quay ở tốc độ định mức hoặc tốc độ tối đa, đặt dòng điện khử từ trong trường hợp xấu nhất (đạt cực đại ngay sau khi xảy ra lỗi và sau đó giảm dần theo hằng số thời gian trên trục d). Khoảng thời gian được điều khiển để phù hợp với thời gian khắc phục lỗi của biến tần, thường là 1–10 mili giây. Thử nghiệm được lặp lại ở nhiệt độ nam châm quy định lớn nhất (sử dụng buồng nhiệt hoặc bộ gia nhiệt điện trở nhúng trong cuộn dây để ngâm nam châm trước). Sau mỗi nhịp đập, động cơ nguội đi đến 25°C và EMF phía sau được đo lại và so sánh với mức cơ bản.

Đạt tiêu chí: giảm cơ bản EMF trở lại < 2% (hoặc theo đặc điểm kỹ thuật OEM) sau bất kỳ sự kiện lỗi nào ở nhiệt độ quy định.

3. Nhiệt độ cao (nhiệt) Kiểm tra khử từ

Trong bài kiểm tra này, động cơ được ngâm ở nhiệt độ nam châm định mức tối đa (thường là 120–160°C tùy theo cấp) với dòng điện khử từ trong trường hợp xấu nhất được đặt liên tục. Sự kết hợp giữa nhiệt độ tăng cao—làm giảm Hci—và trường đối lập với dòng điện cực đại trên trục d thể hiện điều kiện vận hành được duy trì khắc nghiệt nhất. Nhiệt độ được đo bằng cặp nhiệt điện nhúng (loại K) ở nhiều vị trí nam châm. Thử nghiệm được giữ trong khoảng thời gian tương ứng với tình trạng quá tải kéo dài tối đa hoặc hằng số thời gian nhiệt của nam châm., sau đó động cơ nguội đi và EMF ngược được đo lại.

4. Phát hiện khử từ không đối xứng

Quá trình khử từ một phần của các đoạn nam châm riêng lẻ tạo ra các sóng hài đều trong EMF phía sau mà động cơ khỏe mạnh không có. FFT của ba dạng sóng EMF phía sau được so sánh trước và sau khi đưa lỗi; sự xuất hiện của hài bậc 2 và bậc 4 phía trên mức nhiễu cho thấy hư hỏng nam châm cục bộ. Việc khử từ không đối xứng đặc biệt quan trọng đối với các máy nhiều cực có nam châm phân đoạn vì một phân đoạn bị hỏng sẽ tạo ra sự mất cân bằng rôto và có thể kích thích tần số vòng bi.

Số liệu chính: 2biên độ hài bậc nd < 0.3% cơ bản; sự bất đối xứng giữa các pha < 1%.

5. Khử từ trong các sự kiện lỗi lặp đi lặp lại

Việc tiêm lỗi được lặp lại N lần (trong đó N được xác định bằng phân tích an toàn chức năng hoặc mô hình độ tin cậy hiện trường) để đánh giá sự suy thoái tích lũy. Một động cơ vẫn tồn tại sau một lỗi duy nhất vẫn có thể biểu hiện quá trình khử từ tiến triển sau 10 hoặc 20 sự kiện. Bàn thử nghiệm tự động hóa chuỗi xung, giám sát lại EMF sau mỗi sự kiện, và vẽ đồ thị quỹ đạo suy thoái. Một động cơ có EMF phía sau ổn định sau 2–3 lỗi có cơ chế suy giảm bão hòa; một cái tiếp tục suy giảm đòi hỏi phải sửa đổi thiết kế.

6. Xác minh từ hóa lại

Nếu động cơ không đáp ứng tiêu chí khử từ, các nam châm được từ hóa lại bằng bộ từ hóa xung và động cơ được kiểm tra lại. Điều này khẳng định rằng việc khử từ không phải do lỗi sản xuất (nam châm bị nứt, sai lớp, hướng từ hóa không chính xác) nhưng do điều kiện vận hành vượt quá giới hạn thiết kế.

Yêu cầu về băng ghế thử nghiệm

Bàn thử nghiệm khử từ yêu cầu nguồn điện AC hoặc DC có thể lập trình có khả năng cung cấp dòng điện ngắn mạch cực đại (thường là 3–10× dòng định mức trong 1–10 ms), hệ thống đo dòng điện băng thông cao (băng thông > 10 kHz để nắm bắt chính xác đỉnh dòng điện sự cố), và buồng nhiệt hoặc hệ thống điều hòa chất làm mát bằng chất lỏng để giữ nhiệt độ nam châm trong phạm vi ±2°C trong quá trình thử nghiệm. Hệ thống đo EMF ngược phải phân giải biên độ điện áp để 0.1% của giá trị toàn thang đo trên một dải tần số rộng (50 Hz đến 2 kHz đối với máy có số cực cao).

Điều này có ý nghĩa gì đối với việc lựa chọn băng ghế thử nghiệm

Thử nghiệm khử từ nằm ở ranh giới giữa đặc tính máy điện và xác nhận an toàn. Cơ sở hạ tầng thử nghiệm phải tích hợp các thiết bị điện tử công suất có khả năng phun lỗi có kiểm soát bằng phép đo chính xác để đo EMF ngược. Nếu chương trình động cơ của bạn sử dụng nam châm NdFeB hoặc ferrite hiệu suất cao và hoạt động ở nhiệt độ cao hoặc dưới dòng điện trục d cao để làm suy yếu trường, Thử nghiệm khử từ không phải là tùy chọn—đó là bước bắt buộc trong kế hoạch xác minh thiết kế.

Chúng tôi hỗ trợ các chương trình thử nghiệm khử từ từ động cơ servo nhỏ đến động cơ kéo lớn có công suất hàng trăm kilowatt. Để thảo luận về cấu hình thử nghiệm cho loại nam châm và phạm vi hoạt động cụ thể của bạn, nói chuyện với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi.