[发明专利]一种永磁同步电机失磁故障模拟方法、系统及介质

权利要求书

1.一种永磁同步电机失磁故障模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立失磁故障情况下永磁同步电机的三相坐标系，计算永磁同步电机在所述三相坐标系下的第一合成电压，并将所述第一合成电压转变为在两相旋转坐标系下的第二合成电压；

S2：基于所述第二合成电压确定永磁同步电机失磁故障情况下模型构建所需的内部约束条件；所述内部约束条件包括：定子绕组等效的交直轴电流处处相等；电机输出的电磁转矩为各对磁极产生的合成转矩；各对磁极的转速相同；电压合成后电机内部电磁关系与正常运行情况下电机内部电磁关系相同；

S3：根据所述内部约束条件中的定子绕组等效的交直轴电流处处相等的条件和电机输出的电磁转矩为各对磁极产生的合成转矩的条件建立在失磁故障情况下永磁同步电机的转矩方程，根据所述内部约束条件中的各对磁极的转速相同的条件建立转子运动方程，根据所述内部约束条件中的电压合成后电机内部电磁关系与正常运行情况下电机内部电磁关系相同的条件建立永磁同步电机的内部电压方程；

S4：根据所述S1-S3中涉及的永磁同步电机的参数构建失磁故障模拟器，并采用所述失磁故障模拟器进行故障模拟，所述永磁同步电机的参数包括定子等效电阻、定子直轴电感、定子交轴电感、永磁体磁链、电机磁极对数、以及电机转动惯量。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机失磁故障模拟方法，其特征在于，所述S1具体包括以下步骤：

S11：将永磁同步电机转子的单对磁极编号为n，n＝1,2,…,n_p，其中n_p为电机磁极对数；为第n对磁极构造一个周期为的矩形波，计算公式为：

式中，A为矩形波幅值，m为自然数，其取值为m＝0,1,2,3…，σ为矩形波占空比，ω为电机电角速度，rect(t)为每对磁极构造的矩形波；

S12：建立三相坐标系，将磁极的中心线方向设为d轴，根据某一对磁极所含永磁体的失磁程度，以该对磁极的d轴为起点，构造该对磁极在一个周期内的畸变磁链分布曲线ψ_d(α)，α∈[0,2π]；引入曲线标记变量c_n，则第n对磁极第k种畸变磁链分布曲线为：

S13：计算永磁体随转子转动时磁极d轴和A相坐标轴的夹角，计算公式为：

β＝ωt+θ-2hπ； (2)

式中，β为永磁体磁极d轴和A相坐标轴的夹角，β∈[0,2π]，θ∈[0,2π]为永磁体磁极d轴和A相坐标轴的初始夹角；[·]表示取整；

根据永磁体磁极d轴和A相坐标轴的夹角β，计算得到第n对磁极在当前时间t的磁链值由β与t之间的关系，得到第n对磁极为第k种畸变磁链分布曲线时的畸变磁链函数ψ_fwn(t)，计算公式为：

将第n对磁极未失磁时的畸变磁链函数记为ψ_n(t)，其最大值记为ψ_nmax，定义第n对磁极为第k种畸变磁链分布曲线时的失磁故障程度计算公式：

式中，ψ_fdn、ψ_fqn分别为第n对磁极为第k种畸变磁链分布曲线时的直轴畸变磁链和交轴畸变磁链，计算公式为：

引入畸变磁链分布曲线伸缩系数定义广义畸变磁链分布曲线计算公式为：

引入广义畸变磁链分布曲线后，公式(3)变换为：

式中，为广义畸变磁链函数；

S13：根据第n对磁极的广义畸变磁链函数构造第n对磁极为第k种畸变磁链分布曲线时的失磁磁链方程为：

式中，ψ_fn(t)为第n对磁极对应的失磁磁链，ψ_fn(t)、ψ_n(t)均为周期为的周期量；

将磁极状态标记变量x_n∈{0,1}作为模拟第n对磁极失磁故障时的激活标志，公式(8)变换为：

式中，0表示该对磁极失磁故障未激活，1表示该对磁极失磁故障被激活；

S14：根据磁链与反电动势的关系，得到第n对磁极对应的失磁磁链在定子三相绕组中产生的反电动势方程，计算公式为：

式中，emf_An、emf_Bn、emf_Cn分别为第n对磁极对应的失磁磁链在定子三相绕组A相、B相和C相中产生的反电动势；

计算所有磁极对应的失磁磁链在定子三相绕组中产生的反电动势，计算公式为：

式中，emf_A、emf_B、emf_C分别为所有磁极对应的失磁磁链在定子三相绕组A相、B相和C相中产生的反电动势；

根据输入电压反电动势间的关系，得到永磁同步电机三相坐标系下的合成电压方程为：

式中，u_Ar、u_Br、u_Cr分别为永磁同步电机A、B、C相的合成电压，u_A、u_B、u_C分别为永磁同步电机A、B、C相的输入电压；

S15：将三相坐标系下的合成电压方程变换到两相旋转坐标系下，得到永磁同步电机两相旋转坐标系下的合成电压方程如下：

式中，u_dr、u_qr分别为两相旋转坐标系下的合成直轴电压和合成交轴电压，T_2s/2r为静止两相坐标系到旋转正交坐标系的2×2维变换阵，T_3s/2s为三相坐标系到两相正交坐标系的2×3维变换阵。