[发明专利]一种五相永磁同步电机开路故障诊断方法

说明书

本发明涉及一种五相永磁同步电机开路故障诊断方法，根据正常状态和故障状态下基波电流在α‑β坐标上的不同轨迹特征，计算每个周期内基波电流轨迹到原点距离的最大值与最小值。以15种故障状态下DSP后的三次谐波电流在基波d‑q坐标上的不同轨迹特征作为诊断依据，提出相应的故障诊断策略，实现开路故障的故障模式的诊断。本发明可以实现对系统是否发生故障进行判定，以及故障模式进行辨识，具有很强的实时性，实现了五相永磁同步电机开路故障的快速检测和定位，为进一步的容错控制和系统的故障处理提供有效的依据，增强了系统安全性和维修性。

技术领域

本发明涉及一种五相永磁同步电机开路故障下的故障诊断方法，属于电机驱动及控制领域。

背景技术

随着大型飞机电驱需求的增加，以及机载设备功率等级的大幅度提升，对机载电机提出了高功率密度，高可靠性，高安全性等要求。多相电机采用多相绕组构成，具有可靠性高、功率密度高、容错能力强等优点，正好迎合这一发展需求，促使各国对多相电机技术展开广泛的研究。

目前，针对多相永磁同步电机驱动及控制技术的研究，已取得了不少成果。实时控制多相电机的输出特性研究，解决了在正常状态下多相电机的运行控制；而功能性和安全性研究，探讨了发生故障之后维持系统正常运行的可能性及其各种应对措施，这些研究为提高系统的容错性提供了理论支撑。

根据对电驱动系统故障树的分析可知，最常见的故障为逆变器桥臂或电机绕组的短路故障和开路故障。发生短路故障时，电机和驱动器基本上都将无法继续工作，通常采用硬件保护措施，以实现故障设备从电网的快速脱离。而开路故障虽然不会像短路故障那样使系统立刻瘫痪，但开路所导致各相电流不平衡，会产生较大的转矩脉动和增大电磁干扰，长期工作可能还会带来其它隐患，为此，有必要在开路故障后快速恢复系统至稳定运行。为了保证系统的安全性和容错能力，系统需要具有快速检测和自动识别当前是否发生故障，以及实现故障判断与定位的能力。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种五相永磁同步电机开路故障诊断方法，用于电机驱动的五相永磁同步电机单相、两相开路故障的检测与定位。

技术方案

一种五相永磁同步电机开路故障诊断方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将实时采样的五相电流值，经过Clark坐标变换，分别得到α-β坐标下的基波电流和三次谐波电流；

步骤2：将三次谐波电流进行DSP，以消除延迟角χ；

步骤3：将DPS后的三次谐波电流均映射到基波旋转坐标系；

步骤4：以五个扇区内的采样数据作为故障诊断的数据来源，对基波旋转坐标系下DPS后的三次谐波电流进行预处理，得到轨迹中心点坐标和电流的轨迹分布象限；

步骤5：判定电机是否发生故障，即根据故障与非故障状态下基波电流在α-β坐标下电流轨迹的特点，将Clark坐标变换后的基波电流计算得到电流轨迹到原点距离；

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步骤6：以电机转过五个扇区的时间作为一个周期，得到每个周期内电流轨迹到原点距离的最大值D_{iαβ1_max}与最小值D_{iαβ1_min}，当D_{iαβ1_max}大于5倍的D_{iαβ1_min}时，则认为发生了开路故障；

步骤7：当发生了开路故障，根据步骤4中得到的电流轨迹圆心所在象限和轨迹分布象限；参照表1中故障轨迹的特点，实现故障定位；

表1

所述的步骤2中的时域下数字信号处理DSP计算公式如下：