[發(fā)明專利]一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710220764.5
• 申請(qǐng)日: 2017-04-06
• 公開（公告）號(hào): CN107024655A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杭俊;湯春艷;丁石川;張鵬;王群京
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/34
• 分類號(hào): G01R31/34
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 徐激波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷的方法。

背景技術(shù)

永磁同步電機(jī)(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)具有功率密度高、效率高、轉(zhuǎn)矩慣量比大、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。近年來，在風(fēng)力發(fā)電、升降機(jī)驅(qū)動(dòng)等大功率以及電動(dòng)汽車和數(shù)控機(jī)床等高新能應(yīng)用場(chǎng)合得到了廣泛關(guān)注和使用。

永磁同步電機(jī)工作時(shí)，具有復(fù)雜的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程，在長期運(yùn)行中，受負(fù)載工況和運(yùn)行環(huán)境的影響，某些部件會(huì)逐漸失效或損壞。它的典型故障部件包括定子繞組、變換器、電機(jī)軸承以及控制系統(tǒng)的關(guān)鍵傳感器等，其中電機(jī)中38％的故障是由定子繞組引起的。在定子繞組故障中，定子繞組電阻性失衡是一種常見的故障。當(dāng)發(fā)生早期的失衡故障時(shí)，電機(jī)仍然可繼續(xù)運(yùn)行，但若不能及時(shí)檢測(cè)而導(dǎo)致故障嚴(yán)重程度加劇，會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)速等產(chǎn)生震蕩，如果這種故障在初期沒有被檢測(cè)到，故障就會(huì)加重，使電機(jī)的溫度不斷增加，最后導(dǎo)致電機(jī)完全損壞。因此，需要及時(shí)地診斷永磁同步電機(jī)的定子繞組故障。目前，已經(jīng)提出了一些方法來診斷永磁同步電機(jī)的定子繞組電阻性失衡故障，其中最常用方法是基于定子電流和零序電壓信號(hào)的分析方法等。但是這種故障診斷方法存在一定的不足，如不能判斷故障相的故障程度，尤其是故障發(fā)生在多相情況下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法，該方法不僅能診斷定子繞組電阻性失衡故障，而且還能診斷故障相和估算故障程度；該方法計(jì)算簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，準(zhǔn)確度高。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法，包括如下步驟：

(1)采集永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的零序電壓和定子電流，并計(jì)算零序電壓和定子電流中基波的幅值和初始相位角；

(2)將零序電壓和定子電流中基波的幅值和初始相位角代入到關(guān)于相電阻偏差的二元二次方程組中；

(3)求解該二元二次方程組，并利用相位差和相電阻偏差的關(guān)系，確定該二元二次方程的合適解，即為每相繞組的電阻偏差；

(4)利用計(jì)算的每相繞組的電阻偏差實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)、故障相定位和故障程度估算。

作為優(yōu)選，所述步驟(2)中關(guān)于相電阻偏差的二元二次方程組為：

式中：V₁和α是零序電壓中基波的幅值和初始相位角，I_a和θ_a是定子電流i_a中的幅值和初始相位角，I_b和θ_β是定子電流中i_b中的幅值和初始相位角，ΔR_a和ΔR_b是a相和b相定子繞組的電阻偏差。其中，A和B是中間變量。

有益效果：本發(fā)明提供的一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法，能夠克服現(xiàn)有診斷定子繞組電阻性失衡故障方法的不足。本發(fā)明不僅能診斷定子繞組電阻性失衡故障，而且還能診斷故障相和估算故障程度；本發(fā)明計(jì)算簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，準(zhǔn)確度高。

附圖說明

圖1為帶三相平衡電阻網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)控制框圖。

圖2為一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法的框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖2所示，一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法，包括如下步驟：

(1)采集永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的零序電壓和定子電流，并計(jì)算零序電壓和定子電流中基波的幅值和初始相位角；

(2)將零序電壓和定子電流中基波的幅值和初始相位角代入到關(guān)于相電阻偏差的二元二次方程組中；

(3)求解該二元二次方程組，并利用相位差和相電阻偏差的關(guān)系，確定該二元二次方程的合適解，即為每相繞組的電阻偏差；

(4)利用計(jì)算的每相繞組的電阻偏差實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)、故障相定位和故障程度估算。

下面對(duì)本案進(jìn)行說明：

永磁同步電機(jī)定子繞組的電壓方程在abc坐標(biāo)系下表示為