[發明專利]永磁同步電機失磁故障在線診斷方法及系統

有效

• 申請號: 201410110914.3
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103926533A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 馬宏忠;張志艷;鐘欽;陳誠;梁偉銘;任紀良;顧海麟
• 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: 朱小兵

技術領域

本發明涉及電氣控制工程中的一種永磁同步電機失磁故障在線診斷方法及系統，尤其涉及用于電動汽車的失磁故障診斷，屬于電機故障診斷領域。

背景技術

驅動電機是電動汽車的核心設備，是車輛行駛的動力來源，其可靠性直接影響著電動汽車的行車安全。永磁同步電機因其結構緊湊、體積小、重量輕、效率高、工作可靠和噪聲低等性能特點，具有電動汽車驅動電機的最優綜合指標，是電動汽車驅動電機的最佳選擇。存在于驅動電機中的任何故障如果不能及時被診斷并得到糾正，故障就有可能進一步擴大，造成功能失效，影響車輛的正常運行。

電動汽車驅動用永磁同步電機是一種新型電機，其運行環境復雜（如振動、高低溫、濕度、粉塵等）、頻繁起動、加速、減速、制動等，這些都不利于電機的安全運行，均有可能誘發電機故障。電動汽車用永磁同步電機多以變頻器作為驅動電源，以達到節能和提高電機轉速變化范圍的目的，變頻器中電力電子器件的大量應用增加了電機發生短路的幾率；永磁同步電機的短路磁動勢對永磁體會產生較大的去磁作用；為了獲得正弦的氣隙磁通密度波形，在電機設計時永磁體要進行削角處理，在削角部位永磁體變薄，當發生故障時，削角部位的永磁體容易失磁。另外永磁同步電機定子匝間短路故障是電機故障中最為常見的、破壞性強的故障，如果不能在早期及時發現并排除這種故障，電機將出現相間短路故障，對地故障等嚴重故障，產生較大的短路電流，致使永磁體有可能在大電流的作用下發生失磁故障。永磁同步電機在風電領域、航空領域以及電動汽車領域等方面的推廣和應用，使人們更加關注失磁故障問題。

電動汽車用永磁同步電機失磁故障是驅動電機故障中最為嚴重的故障之一，也是永磁同步電機特有的故障。目前對電機運行時永磁體狀況動態檢測的研究尚處于起步階段，沒有像常規電機故障診斷有比較成熟的理論，很難及時掌握電機磁損和失磁故障情況。

電機故障分析中通常提取的是定子電流信號，電動汽車用永磁同步電機定子電流信號的獲取也相對較為容易，不需要對整車系統做出改變，不影響電機運行。關鍵在于對定子電流信號分析所采用的數據處理方法，是一個需要深入研究的問題。電機故障診斷的目的是為了及早發現狀態量的微小變化，進行故障的早期診斷，此時，表征電機性能的電氣參數變化很不明顯，且有各種噪聲干擾存在，使得尋找更為合適的信號分析方法顯得尤為重要。有關永磁同步電機失磁故障診斷方法研究的文獻中，主要集中在兩個方面：一是采用數值分析方法，即運用電磁場軟件建立理想狀態下的永磁同步電機模型，施加激勵條件和邊界條件進行仿真，分析其定子電流諧波成分以判定失磁故障的發生，因其是理想狀態下的永磁同步電機模型，與實際運行電機有一定的差距，因此，其結果可靠性的信服度較低。二是采用多種方法相結合的聯合診斷方法，例如針對不同分析方法對轉速的敏感性不同，對不同轉速范圍采用不同的故障診斷方法，系統的診斷范圍存在局限；另外，也有根據不同診斷方法對負荷大小的敏感性不同，形成了根據負荷大小不同而采用不同的故障診斷方法，工程應用性相對較差。

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，提供一種永磁同步電機失磁故障在線診斷方法及系統，本發明將待測永磁同步電機的失磁故障特征頻率作為失磁故障特征量，根據待測定子三相電流信號中各頻率分量是否出現失磁故障特征量判斷發生失磁故障，并且結合估計待測定子三相電流信號中各頻率分量幅值分析，判斷失磁故障發生的嚴重程度，具體采用功率譜估計算法與直接搜索算法相結合的信號分析方法，對電機失磁故障進行在線診斷，該方法采樣時間短、抗干擾能力強、對不同轉速、不同負荷情況下的失磁故障均可以加以判斷。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

永磁同步電機失磁故障在線診斷方法，包括以下步驟：

步驟（1）、對待測的永磁同步電機定子三相電流信號進行采樣；

步驟（2）、根據所述待測永磁同步電機的極數確定失磁故障特征頻率，將失磁故障特征頻率作為失磁故障特征量；

步驟（3）、估計所述待測定子三相電流信號中各頻率分量的頻率，根據是否出現失磁故障特征量判斷發生失磁故障；

步驟（4）、預先采集正常狀態的永磁同步電機定子三相電流信號；估計所述待測定子三相電流信號中各頻率分量幅值后，與正常狀態電機同電流區間內同頻率分量幅值比值的倒數作為故障因子；根據所述故障因子判斷失磁故障發生的嚴重程度。

作為本發明的一個優選技術方案：所述步驟（4）采用直接搜索算法估計待測定子三相電流信號中各頻率分量幅值。