[发明专利]永磁同步电机失磁故障在线诊断方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电气控制工程中的一种永磁同步电机失磁故障在线诊断方法及系统，尤其涉及用于电动汽车的失磁故障诊断，属于电机故障诊断领域。

背景技术

驱动电机是电动汽车的核心设备，是车辆行驶的动力来源，其可靠性直接影响着电动汽车的行车安全。永磁同步电机因其结构紧凑、体积小、重量轻、效率高、工作可靠和噪声低等性能特点，具有电动汽车驱动电机的最优综合指标，是电动汽车驱动电机的最佳选择。存在于驱动电机中的任何故障如果不能及时被诊断并得到纠正，故障就有可能进一步扩大，造成功能失效，影响车辆的正常运行。

电动汽车驱动用永磁同步电机是一种新型电机，其运行环境复杂（如振动、高低温、湿度、粉尘等）、频繁起动、加速、减速、制动等，这些都不利于电机的安全运行，均有可能诱发电机故障。电动汽车用永磁同步电机多以变频器作为驱动电源，以达到节能和提高电机转速变化范围的目的，变频器中电力电子器件的大量应用增加了电机发生短路的几率；永磁同步电机的短路磁动势对永磁体会产生较大的去磁作用；为了获得正弦的气隙磁通密度波形，在电机设计时永磁体要进行削角处理，在削角部位永磁体变薄，当发生故障时，削角部位的永磁体容易失磁。另外永磁同步电机定子匝间短路故障是电机故障中最为常见的、破坏性强的故障，如果不能在早期及时发现并排除这种故障，电机将出现相间短路故障，对地故障等严重故障，产生较大的短路电流，致使永磁体有可能在大电流的作用下发生失磁故障。永磁同步电机在风电领域、航空领域以及电动汽车领域等方面的推广和应用，使人们更加关注失磁故障问题。

电动汽车用永磁同步电机失磁故障是驱动电机故障中最为严重的故障之一，也是永磁同步电机特有的故障。目前对电机运行时永磁体状况动态检测的研究尚处于起步阶段，没有像常规电机故障诊断有比较成熟的理论，很难及时掌握电机磁损和失磁故障情况。

电机故障分析中通常提取的是定子电流信号，电动汽车用永磁同步电机定子电流信号的获取也相对较为容易，不需要对整车系统做出改变，不影响电机运行。关键在于对定子电流信号分析所采用的数据处理方法，是一个需要深入研究的问题。电机故障诊断的目的是为了及早发现状态量的微小变化，进行故障的早期诊断，此时，表征电机性能的电气参数变化很不明显，且有各种噪声干扰存在，使得寻找更为合适的信号分析方法显得尤为重要。有关永磁同步电机失磁故障诊断方法研究的文献中，主要集中在两个方面：一是采用数值分析方法，即运用电磁场软件建立理想状态下的永磁同步电机模型，施加激励条件和边界条件进行仿真，分析其定子电流谐波成分以判定失磁故障的发生，因其是理想状态下的永磁同步电机模型，与实际运行电机有一定的差距，因此，其结果可靠性的信服度较低。二是采用多种方法相结合的联合诊断方法，例如针对不同分析方法对转速的敏感性不同，对不同转速范围采用不同的故障诊断方法，系统的诊断范围存在局限；另外，也有根据不同诊断方法对负荷大小的敏感性不同，形成了根据负荷大小不同而采用不同的故障诊断方法，工程应用性相对较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种永磁同步电机失磁故障在线诊断方法及系统，本发明将待测永磁同步电机的失磁故障特征频率作为失磁故障特征量，根据待测定子三相电流信号中各频率分量是否出现失磁故障特征量判断发生失磁故障，并且结合估计待测定子三相电流信号中各频率分量幅值分析，判断失磁故障发生的严重程度，具体采用功率谱估计算法与直接搜索算法相结合的信号分析方法，对电机失磁故障进行在线诊断，该方法采样时间短、抗干扰能力强、对不同转速、不同负荷情况下的失磁故障均可以加以判断。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

永磁同步电机失磁故障在线诊断方法，包括以下步骤：

步骤（1）、对待测的永磁同步电机定子三相电流信号进行采样；

步骤（2）、根据所述待测永磁同步电机的极数确定失磁故障特征频率，将失磁故障特征频率作为失磁故障特征量；

步骤（3）、估计所述待测定子三相电流信号中各频率分量的频率，根据是否出现失磁故障特征量判断发生失磁故障；

步骤（4）、预先采集正常状态的永磁同步电机定子三相电流信号；估计所述待测定子三相电流信号中各频率分量幅值后，与正常状态电机同电流区间内同频率分量幅值比值的倒数作为故障因子；根据所述故障因子判断失磁故障发生的严重程度。

作为本发明的一个优选技术方案：所述步骤（4）采用直接搜索算法估计待测定子三相电流信号中各频率分量幅值。