电机内磁场的增磁和去磁控制的区别（电机内磁场的增磁和去磁控制器的区别）

一、简介

工程电气本科生电机课程中，有一个关于电机弱磁调速控制的知识点。本课程主要讲述电机弱磁调速的外部运行特性（速度特性、转矩特性），但没有讲述如何完成电机弱磁调速。

今天我们就来介绍一下电机的退磁（弱磁）和充磁（磁化）技术。这次介绍的电机充磁技术只是电机充磁的方法之一（哈哈）。

如下图1所示，是永磁体磁化或退磁的过程。如果对永磁体施加正的外部磁场，永磁材料本身就会被磁化，例如从点P3经过Pm1到点P1（如图1中蓝色剪切曲线所示）；如果对永磁体施加正的外部磁场，则负的外部磁场将导致永磁材料本身退磁，例如从点P1经过Pd1到点P3（如图1中红色剪切曲线所示）。

如果永磁材料被反向磁化，这种现象就会发生在图1所示的第三、第四象限。

另外，负载线表明永磁体始终处于外部磁场中（例如，当电机运行时）。

图1 永磁体充磁（充磁或退磁）过程

2 理论模拟

如下图2所示，采用电磁场分析计算软件ANSYS Electronics 2019对新型磁通开关永磁电机进行二维有限元网格划分，为下一步仿真计算分析奠定基础。

图2 新型磁通开关永磁电机有限元计算网格细分

如下图3所示，对图2中的有限元计算进行网格划分后，通过仿真计算软件ANSYS Electronics 2019得到了新型磁通开关永磁电机在充磁和退磁时的磁场分布。

其中，图3（a）为新型磁通开关永磁电机在充磁时的磁通分布，图3（b）为新型磁通开关永磁电机在退磁时的磁通分布。两者对比可以看出，新型磁通开关永磁电机在充磁和退磁时的磁通量存在较大差异，会影响电机绕组的磁通量和感应电动势，从而影响电机的电机的控制效果。

(a) 磁化

(b) 消磁

图3 新型磁通开关永磁电机充磁和退磁仿真

如下图4所示，它是新型磁通开关永磁电机磁化过程中的感应电动势。磁化持续时间为45ms，磁化电流为12A。对比分析表明，新型磁通切换永磁电机在励磁前，其单相感应电动势为13.68V；磁化后，其感应电动势增至29.2V。

此外，当励磁电流达到15A时，新型磁通开关永磁电机的感应电动势增加至32.5V。因此，在励磁电流较大的情况下，很难产生较大的感应电动势。造成这种现象的主要原因是永磁体LNG52本身具有退磁作用(磁化电流撤去后)，永磁体LNG52的矫顽力不太大。

图4 新型磁通开关永磁电机磁化过程中的感应电动势

3. 硬件实验测试

经过上述永磁电机结构设计、仿真分析和优化（有兴趣的话单独讲解），加工制作出了新型磁通切换永磁电机及其硬件实验测试平台，如下图5所示。另外，硬件实验测试系统主要包括直流电源、驱动器、控制器、两台磁通切换永磁电机、伺服电机、充退磁装置、示波器、电流钳、扭矩速度测试仪、编程器（计算机）组成。

(a) 磁通切换永磁记忆电机三维结构

图5 新型磁通开关永磁电机充退磁硬件平台

图6为电机充退磁控制的硬件实验测试结果。从图6(a)和图6(b)可以看出，在1000 rpm 时，新型磁通开关永磁电机的最大退磁感应电动势幅值为15.6V，充磁能力值为30.6V，充分说明新型磁通切换永磁电机具有较大的磁体调节空间。

(a)新型磁通切换永磁电机的退磁试验

(c)新型磁通切换永磁电机的充磁试验

图6 新型磁通开关永磁电机充磁和退磁实验测试结果

图7所示为在此实验测试平台上独立搭建的电机永磁体（LNG52）退磁和充磁实验装置控制系统。

图7 永磁体（LNG52）退磁、充磁控制系统