新上课程-Maxwell永磁电机分数槽绕组&退磁计算&扁线绕组仿真计算-第二章

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本次新上课程，主要涵盖三个主题：电枢磁场谐波次数/绕组系数（短距系数/分布系数）/谐波占比/分相、永磁体退磁计算、3D/2D永磁电机电磁场计算/扁线绕组电磁计算。

第二章针对第二个主题-永磁电机退磁计算展开

表征永磁体磁性能的两种单位制及换算关系：奥斯特&高斯、安培每米&特斯拉；

表征永磁磁性能的两种曲线：退磁曲线和内禀退磁曲线。稀土钕铁硼永磁体的磁性能随着温度的升高而下降，其中在一定的温度范围之内，内禀矫顽力Hcj和剩磁Br随温度的升高而线性下降，即在该温度范围内，Hcj和Br的温度系数为一负的常数。在研究永磁电机电磁性能（如转矩、反电势等）随永磁体温度变化情况时，可以在Maxwell中使用内禀退磁曲线来定义永磁体磁性能，并在其材料属性中勾选温度补偿选项，输入温度补偿表达式，再将永磁体温度设置为变量，即可对永磁体温度进行参数化计算。

图1 N48SH

在永磁电机电动势相量图中，可以将电流矢量分解为D轴分量和Q轴分量，其中Q轴分量Iq为用于产生电磁转矩，D轴分量Id作用于D轴上，起去磁或增磁作用，但一般为去磁作用。因此在永磁电机电磁设计时，要充分考虑永磁体的抗退磁能力，避免永磁体过设计而造成成本高昂或欠设计而造成功能安全的问题。

图2 电动势相量图

根据永磁电机三相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换理论，采用等幅值变换时，电流矢量的3s/2r变换公式为：

图3 电流3s/2r变换公式

在Maxwell中，按上式编辑公式，并对内功率因数角（上式公式以θ表示，下图以Gamma表示）进行参数化计算，可以得到Id、Iq随内功率因数角的变化曲线。

图4 Id&Iq随内功率因数角的变化曲线

大电流和高温是诱发永磁体发生不可逆退磁的两大因素。当永磁电机发生三相同时短路时，当不考虑绕组电阻时，所有的短路电流几乎都为Id，并起退磁作用，且考虑到电磁瞬态，参考图2所示的电动势相量图，Id负的最大值要大于其稳定值，而永磁体的不可逆退磁往往瞬间发生，因此在课程中介绍了永磁电机三相短路仿真的操作过程。

图5 三相短路工况下Id&Iq随时间变曲线

在高温下，永磁体的退磁曲线不再是完全的直线段，而是存在一个明显的拐点，拐点之上认为是直线段，拐点之后磁密便快速下降。当永磁体的工作点低于拐点时，外部磁场取消后，永磁体便发生不可逆退磁，其回复之后的剩磁低于原始的值。

图6 永磁体退磁曲线和工作曲线

Maxwell中将Br1和Br0的比值定义为退磁率，并以百分数表示，值越大，表示Br1越接近于Br0，反之越低于Br0，当退磁率等于1时，Br1=Br0，表示永磁体完全没有发生不可逆的退磁。图8为退磁率曲线，以蓝色的曲线为例，退磁率＞0.8（Br1＞0.8*Br0）部分的永磁体体积在其总体积中的占比仅为51.49%。