[發明專利]永磁同步電機定子不對稱故障診斷方法及系統

有效

• 申請號: 201410111968.1
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103969579A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 張志艷;馬宏忠;宋樹平;梁偉銘;陳誠;任紀良;顧海麟;鐘欽
• 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

本發明涉及一種永磁同步電機定子不對稱故障診斷方法及系統，屬于驅動電機狀態檢測與故障診斷領域。

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。永磁同步電機高功率密度、高效率、寬調速范圍、較高的過載能力使其成為電動汽車驅動電機的理想選擇，而我國又有著豐富的稀土資源，因此電動汽車驅動本體的永磁化是其驅動系統發展的重要趨勢。但永磁同步電機與其它旋轉電機一樣，在長期連續運行過程中有可能會出現各種故障，嚴重影響電機運行的可靠性和安全性。永磁同步電機定子不對稱故障是電機較為常見的故障，如定子繞組的絕緣受損、定子繞組匝間、股間、相間等各種短路、鐵芯短路等。

電動汽車用永磁同步電機發生定子不對稱故障時，將會在定子電流中產生負序分量，負序電流產生的負序磁場與轉子旋轉方向相反，負序電流產生的電磁轉矩為制動性質的轉矩，增加了轉子中的附加損耗，致使電機輸出電磁功率減少，效率降低，電機發熱加劇。目前國內外基本上沒有發現針對電動汽車用永磁同步電機定子不對稱故障診斷的專門研究，文獻中的研究主要集中在不對稱故障后電機外部特性的研究和基于負序電流單一分量的傳統電機定子不對稱故障診斷方面的研究，這些研究有一定的局限性和不全面性，主要表現在：

（1）有部分學者對自起動永磁同步電機在三相不對稱電壓下的運行特性進行了研究，但其著重點在于分析永磁同步電機的外部性能，比如轉矩、轉速以及轉子銅耗等，并未對負序分量進行研究，且立足點并非為不對稱故障的診斷；

（2）利用負序分量對傳統異步電機與同步電機定子匝間短路故障進行分析的相關文獻中，其重點僅在于對負序電流或者負序電流相角差兩個參數中的某一個參數進行分析，因負序電流易受負載大小及轉速的影響，穩定性受到了一定的限制，降低了故障判斷的準確性，因此，如何融合其他方法，提高故障診斷的準確性和穩定性，是亟需解決的問題之一；

（3）文獻更多專注于基于定子電流特定諧波分析的某種特定原因引起的故障診斷方法，早期故障諧波信號較為微弱，電機運行環境不同，受外界信號干擾也不相同，如何有效地提取真實信號是一個值得深入研究的問題；不同信號處理方法都有著各自的優點和其使用范圍，提取之后采用什么樣的信號處理方法得到真實的諧波成分，此方面的研究百家爭鳴，目前尚未有達到共識的分析方法，因此存在缺陷。

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，提供一種永磁同步電機定子不對稱故障診斷方法及系統，為對永磁同步電機定子不對稱故障進行準確的診斷，尤其可用于對電動汽車中永磁同步電機的診斷。本發明對將基波負序電流最大相角偏差、基波負序電流幅值基波、負序阻抗進行標么值處理作為模糊邏輯判斷的三個輸入量，并根據其穩定性的強弱，分配不同的權值。3個輸入量分為4個模糊子集，正常N（Normal）、輕微偏離正常值LD(Low deviation)、中等偏離正常值MD(Medium deviation)、嚴重偏離正常值HD(High deviation)，制定了相關的模糊規則，采用模糊推理機制進行推理，根據結果判斷定子不對稱故障及故障程度。該方法最大的優點就是不需要采集和處理大量的數據，適用于負荷變動情況下的動態在線監測，對多種原因引起的定子不對稱故障均可進行診斷，適用范圍廣。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種永磁同步電機定子不對稱故障診斷方法，包括以下步驟：

步驟（1）、對采集的永磁同步電機定子三相電流信號和定子三相電壓信號進行快速傅立葉FFT變換，得到三相電流和三相電壓的基波分量；

步驟（2）、對所述三相電流和三相電壓基波分量分別按對稱分量分析方法進行計算，得到基波負序電流和基波負序電壓；并根據基波負序電流獲得基波負序電流幅值；

步驟（3）、根據所述基波負序電流和基波負序電壓計算得到基波負序阻抗；根據所述基波負序電流幅值運用余弦定理得到基波負序電流相角差，并獲得基波負序電流最大相角偏差；

步驟（4）、將所述基波負序電流最大相角偏差、基波負序電流幅值、基波負序阻抗作為模糊邏輯的三個輸入量，再利用加權模糊邏輯算法進行分析，根據所述分析結果判斷是否存在定子不對稱故障。

作為本發明的一種優選技術方案：所述步驟（4）中利用加權模糊邏輯算法進行分析具體為：

步驟（41）將所述基波負序電流最大相角偏差、基波負序電流幅值基波、負序阻抗作為模糊邏輯的三個輸入量；