[發明專利]永磁同步電機定子匝間短路故障退化過程模擬方法及系統

有效

• 申請號: 201910429335.8
• 申請日: 2019-05-22
• 公開（公告）號: CN110208642B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 陳志文;梁可天;彭濤;陽春華;陶宏偉;楊超;桂衛華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01R31/72
• 分類號: G01R31/72;G01R31/52
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 馬家駿

1.一種永磁同步電機定子匝間短路故障退化過程模擬方法，其特征在于，所述方法包括：

建立永磁同步電機定子匝間短路故障狀態離散模型，所述定子匝間短路故障狀態離散模型包括永磁同步電機發生定子匝間短路故障時，自然坐標系下的定子電壓方程和定子磁鏈方程，以及旋轉正交坐標系下的電磁轉矩和電機運動平衡方程；

建立永磁同步電機處于定子匝間短路故障退化狀態時的定子電阻時變模型，以及定子溫度與定子繞組退化的互相作用模型；

根據所述互相作用模型，獲得下一時刻的定子溫度值；

根據下一時刻的定子溫度值以及所述定子電阻時變模型，獲得狀態更新值，所述狀態更新值包括下一時刻的定子繞組等效電阻值、定子繞組絕緣層等效電阻值、定子繞組正常狀態電阻值以及定子繞組短路匝數比；

根據所述狀態更新值，所述定子匝間短路故障狀態離散模型、定子電阻時變模型，以及定子溫度與定子繞組退化的互相作用模型，迭代實現永磁同步電機定子匝間短路故障退化過程模擬。

2.根據權利要求1所述的永磁同步電機定子匝間短路故障退化過程模擬方法，其特征在于，建立永磁同步電機定子匝間短路故障狀態離散模型包括：

建立自然坐標系下永磁同步電機發生定子匝間短路故障時的定子電壓方程，所述定子電壓方程具體為：

其中，R₁和R₂是定子電阻矩陣的子塊，分別表示為：

式中u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)分別為k時刻a、b、c相定子繞組的相電壓，R_n(k)為k時刻正常狀態下三相定子繞組的等效電阻值，R_fa(k)、R_fb(k)、R_fc(k)分別為定子匝間短路故障狀態下k時刻a、b、c相定子絕緣層的等效電阻值，S_a(k)、S_b(k)、S_c(k)分別為k時刻a、b、c相定子繞組的短路匝數比，i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)分別為k時刻a、b、c相定子繞組相電流，i_fa(k)、i_fb(k)、i_fc(k)分別為定子匝間短路故障狀態下k時刻a、b、c相短路回路電流，ψ_a(k)、ψ_b(k)、ψ_c(k)分別為k時刻a、b、c相定子繞組中未短路部分所產生的磁鏈，ψ_a(k-1)、ψ_b(k-1)、ψ_c(k-1)分別為k-1時刻a、b、c相定子繞組中未短路部分所產生的磁鏈，ψ_fa(k)、ψ_fb(k)、ψ_fc(k)分別為定子匝間短路故障狀態下k時刻a、b、c相定子繞組中短路部分所產生的磁鏈，ψ_fa(k-1)、ψ_fb(k-1)、ψ_fc(k-1)分別為定子匝間短路故障狀態下k-1時刻a、b、c相定子繞組中短路部分所產生的磁鏈，u₀(k)為k時刻中性點電壓，T為模型計算步長；

建立自然坐標系下永磁同步電機發生定子匝間短路故障時的定子磁鏈方程，所述定子磁鏈方程具體為：

其中，M₁和M₂是定子電感矩陣的子塊，分別表示：

式中L_a(k)、L_b(k)、L_c(k)分別為k時刻a、b、c相定子繞組的自感，M_ab(k)、M_ac(k)、M_bc(k)分別為k時刻a相與b相、a相與c相、b相與c相定子繞組之間的互感，ψ_s為永磁體磁鏈幅值，θ_e(k)為電機k時刻的電角度；

建立旋轉正交坐標系下永磁同步電機發生定子匝間短路故障時的電磁轉矩方程，所述電磁轉矩方程具體為：

基于所述電磁轉矩方程，建立電機運動平衡方程，所述電機運動平衡方程具體為：

式中T_ye(k)為定子匝間短路故障狀態下k時刻電磁轉矩，i_d(k)、i_q(k)分別為k時刻定子直軸電流和交軸電流，ψ_d(k)、ψ_q(k)分別為k時刻定子繞組中未短路部分所產生的直軸磁鏈和交軸磁鏈，ψ_fd(k)、ψ_fq(k)分別為定子匝間短路故障狀態下k時刻定子繞組中短路部分所產生的直軸磁鏈和交軸磁鏈，p為電機極數，J為電機轉動慣量，ω_m(k)為k時刻機械角速度，ω_m(k-1)為k-1時刻機械角速度，T_l為負載轉矩，K_f為阻尼系數。