[发明专利]一种永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法

说明书

技术领域

本发明属于故障诊断技术领域，尤其是一种永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法。

背景技术

永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)具有功率密度高、效率高、转矩惯量比大、调速范围宽等优点。近年来，在电动汽车和风力发电等场合得到了广泛关注和使用。

永磁同步电机是有定子、转子和轴承等电气系统和机械系统组成。电机工作时，具有复杂的机电能量转换过程，在长期运行中，受供电情况、负载工况和运行环境的影响，某些部件会逐渐失效或损坏。常见的故障模式有电机振动过大、电机过热、轴承过热、转子/定子线圈短路等。在电机的所有故障中，轴承的故障率为40%，定子的故障率为38%，转子的故障率为10%，其他故障占12%。在定子绕组故障中，以定子绕组匝间短路故障最为常见，电机的定子绕组发生匝间短路会在短路回路中产生大量的涡流，如果这种故障没有被检测到，故障就会加重，就会导致接地短路或相与相之间的短路，使电机的温度不断增加，最后导致电机完全损坏，因此需要及时地诊断永磁同步电机的匝间短路故障。

目前，已经提出了一些方法来诊断永磁同步电机的匝间短路故障，其中最常用方法是基于定子电流信号的分析方法等。常用的信号分析技术有快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）、短时傅里叶变换（Short-Time Fourier Transform,STFT）、Wigner-Ville分布（Wigner-Ville Distribution,WVD）、小波变换、经验模态分解（Empirical Mode Distribution,EMD）和阶比分析等。但是这种故障诊断方法存在一定的不足，一方面电流信号的灵敏度比较差，另一方面这些信号分析技术的计算量比较大，不易实现实时地故障诊断。此外，这种匝间短路故障诊断方法，只能诊断匝间短路故障，不能判断出故障相。

专利内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法，该方法计算简单，易于实现，可以实时地诊断匝间短路故障；该方法不仅能诊断匝间短路故障，而且还能判断故障相；该方法能提高故障诊断的灵敏度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的方案为：

一种永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法，包括如下步骤：

（1）利用坐标变换理论计算零序电压V_0,m中基波幅值V₁和初相位θ₁、零序电压V_0,m中三次谐波的幅值V₃，三相相电流基波的初相位θ_a，θ_b，θ_c和零序电压V_0,m中基波的初相位与A相电流中基波的初相位差δ；

（2）判断是否出现匝间短路故障：如果零序电压V_0,m中基波幅值V₁与零序电压V_0,m中三次谐波的幅值V₃的比值Fs大于第一阈值thr，即则出现了匝间短路故障，并且判断故障相；否则，没有出现匝间短路故障；

（3）判断故障相：在匝间短路的情况下，根据零序电压V_0,m中基波的初相位和三相相电流基波的初相位的差来判断故障相。如果|θ₁-δ-θ_a|<θ_thr，则A相绕组发生匝间短路，即FlagA=1；如果|θ₁-δ-θ_b|<θ_thr，则B相绕组发生匝间短路，即FlagB=1；否则，C相绕组发生匝间短路，即FlagC=1，其中θ_thr为第二阈值。

所述步骤（1）中，利用坐标变换理论计算幅值和初相位，其方法为：

以计算零序电压V_0,m中基波幅值和初相位为例。为了方便分析，本文只考虑基波和三次谐波，假设在故障情况下零序电压V_0,m的表示为

式中：ω_s是基波角频率，V₁是零序电压V_0,m中基波幅值，V₃是零序电压V_0,m中三次谐波的幅值，θ₁和φ分别为基波和三次谐波的初相位。