[發明專利]一種基于失電殘壓的永磁同步電機失磁故障診斷方法

有效

• 申請號: 201310378729.8
• 申請日: 2013-08-27
• 公開（公告）號: CN103454585A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 馬宏忠;鐘欽;張志艷;趙宏飛;朱躍光;徐剛;陳濤濤
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種能夠診斷電動汽車永磁同步電機永磁體失磁故障的方法，屬于電動汽車驅動電機故障診斷領域。

背景技術

永磁同步電機因其結構緊湊、體積小、重量輕、效率高、高轉矩、功率密度高、工作可靠、噪聲低等性能特點，具有電動汽車驅動的最優綜合指標，非常適用于電動汽車驅動領域。但電動汽車驅動電機運行環境惡劣，運行工況復雜，轉子永磁體受到電、磁、熱、機械等應力會產生退磁，一旦永磁體發生不可逆退磁故障，會導致永磁電機性能指標下降、發熱和轉矩性能變差，嚴重情況下電機可能失控和報廢。同時，由于永磁電機轉子上嵌入永磁體，永磁體發生失磁故障是永磁電機特有的故障類型。永磁同步電機在電動汽車領域、風電領域以及航空領域等方面的推廣和應用，使得失磁問題更加引人關注。因此，必須實施對永磁同步電機失磁故障診斷的研究。

目前國內專門針對永磁同步電機故障診斷的研究較常規電機故障診斷的研究還相對較少，主要研究也是在國外。較多文獻研究提出永磁電機發生失磁故障之后，在其定子電流中將出現(1±k/p)f_e特定頻率的附加電流分量(k為正整數，p為極對數，f_e為供電頻率)，可以作為失磁故障特征。而電流信號易于采集，因此形成了以定子電流信號為分析對象的不同的失磁故障診斷方法，例如快速傅立葉變換(FFT)方法、希爾伯特黃(HHT)方法、連續小波變換(CWT)方法、離散小波變換方法(DWT)等。但是利用定子電流進行電機轉子失磁故障診斷，不論是穩態分析還是暫態分析，仍有一定的局限性：

(1)轉子的其他類型故障也會產生與上述相同的諧波，例如動態偏心，導致區分失磁故障與其他類型故障困難。另外，變頻器作為驅動電源其輸出電壓非正弦，含有大量的時間諧波，導致電流中包含大量的諧波成分，這給利用電流諧波診斷失磁故障帶來難題。

(2)當轉子有輕微失磁故障時，定子電流中故障頻率分量相對于基波頻率分量的比值很小，若電機運行于輕載時其比值更小，這給信號處理帶來困難，使得診斷靈敏度下降。

(3)電動機所拖動的負載有時是不平穩的，負載的擺動使定子電流發生畸變，反映在頻譜圖上常表現為基波頻率的各種調制成分，這些調制成分的譜峰大多分布于主頻兩側。這樣就導致在頻譜圖上難以直觀地看出有無故障頻率分量。

對于正常運行的永磁同步電機，當其失去外加電源電壓后，氣隙內的旋轉磁場僅由轉子永磁體產生的磁勢提供，在定子繞組中產生感應電壓，該電壓并不立即減小到零，而是能保持一定的時間。此電壓稱為失電殘余電壓，簡稱失電殘壓。基于上述情況，本發明提出一種基于失電殘壓的診斷方法，該方法不僅采集電壓信號簡單、方便，而且能克服上述利用定子電流進行診斷本身的缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種基于失電殘壓的電動汽車永磁同步電機失磁故障診斷方法，它能夠克服利用定子電流進行診斷帶來的缺陷，有效提高診斷電動汽車永磁同步電機失磁故障的準確性。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種基于失電殘壓的永磁同步電機失磁故障診斷方法，包括以下步驟：

步驟（1）利用電壓傳感器采集轉速為n的電機失電瞬間定子端任意一相電壓瞬時信號u_s；

步驟（2）從采集的定子端電壓瞬時信號u_s中截取自失電時刻起的失電殘壓波形，觀察所述失電殘壓波形是否發生畸變，并進行頻譜分析比較諧波分量是否發生變化，即初步判斷發生失磁故障可能性的高低；

步驟（3）對截取的失電殘壓波形進行頻譜變換，確定失電殘壓波形的基波分量幅值U₁；

步驟（4）確定所述失電殘壓波形的基波分量的幅值U₁與電機轉速n的比值即為故障特征C；

步驟（5）設置故障預警閥值B，所述故障特征C與故障預警閥值B的比值即為故障因子μ。

步驟（6）依據所述故障因子μ判斷是否存在失磁故障。

作為本發明的一種優選技術方案：所述步驟（2）中截取的失電殘壓波形為從電機失電瞬間立即進行采樣，并且從采樣所得電壓信號的過零點開始整周期截取，得到待分析的所述失電殘壓波形。

作為本發明的一種優選技術方案：所述步驟（3）中對截取的失電殘壓波形應用傅立葉變換方法確定基波分量幅值U₁。