[发明专利]一种电机系统开路故障检测方法

说明书

本发明属于电机系统故障分析领域，涉及一种电机系统开路故障检测方法，包括：归一化后的每一相定子电流与其绝对值分别进行取和、取差运算，再经过平均值计算器处理得到故障诊断变量，此时的故障判断变量为定值，无需再借助阈值辅助判断，即可同时在线检测开关管开路和绕组断相故障；并将多判断变量统一表述为单一诊断变量，有效避免了传统检测方法在空载及加载运行时的误诊断问题点。本发明使用相电流作为检测变量，避免了额外检测设备的增加；可同时准确检测开关管开路和绕组断相故障；诊断变量淘汰掉阈值选取，由范围值改进为确定值，使其更适合于负载变化大的应用场合，为精确定位交流电机开路故障类型、故障点提供更为准确、快速的新途径。

技术领域

本发明属于电机驱动技术领域，涉及一种电机系统开路故障检测方法，用于电机开路故障类型判断及故障点的精确定位。

背景技术

在电机系统的长期运行过程中，过电压、过电流以及功率器件老化造成的功率器件损坏，高温高振动等恶劣工作环境造成的焊锡脱焊等都有可能造成绕组的开路故障。在某些对于可靠性要求不高的应用场合，可通过简单检测手段，离线清理电机故障。但对于一些可靠性要求极为苛刻的场合，需要迅速、可靠、实时的在线检测出缺相数量及其位置，以便为容错控制策略的在线切换提供依据。因此，对电机及其驱动控制电路的故障进行在线检测与诊断是故障危害评估的基础，也是维持整个系统可靠稳定运行的关键。

致力于研究电机驱动系统开路故障检测的学者一直在关注特征量的提取、数据分析和检测效果对比。大多数诊断策略虽简易快捷，但仅限于检测单开关管或单相绕组开路故障，对多相绕组开路检测的适用扩展性较差。并且在现有诸多检测方法中，诊断变量多为范围值。在发生不同类型开路故障时，需要选取不同的阈值以完成故障检测。

因此，如何优化电机系统开路故障检测精度和诊断指标，检测开关管、绕组开路故障，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出一种电机系统开路故障检测方法，涉及一种改进型相电流平均值算法，将多种开路故障的检测变量改进为确定值，为精确定位交流电机开路故障类型、故障点提供更为准确、快速的新途径。

为了实现上述发明目的，本发明从每一相定子电流出发。为方便控制，首先将自然坐标系坐标系下的数学模型解耦到d-q-0坐标系；通过矢量空间解耦坐标变换，可以得到同步旋转坐标系下的数学模型；考虑到空载、轻载以及负载突变等电机运行工况发生变化时，定子电流会发生变化，将定子相电流经过Clarke变换得到两相静止坐标系下的电流量，完成对电流的归一化处理；为归一化后的相电流与其绝对值分别进行取和、取差运算，得到中间变量；最后经过平均值计算器处理得到故障诊断变量，n相电流便对应2n个诊断变量，此时的故障判断变量为定值，无需再借助阈值辅助判断，即可同时准确检测开关管开路和绕组断相故障。其具体步骤为：

(1)、求取相电流模值：将定子相电流经过Clarke变换得到两相静止坐标系下的电流量，得到相电流的模值；

(2)、对电流进行归一化处理：各相电流与电流模值之比即对电流的归一化预处理，得到i_n^*及其绝对值|i_n^*|；

(3)、确定中间变量：归一化后的相电流i_n^*与其绝对值|i_n^*|分别进行取和、取差运算得到中间变量s_n、d_n；

(4)、求取诊断变量：中间变量s_n、d_n再分别经过平均值计算器处理得到诊断变量S_n、D_n(如图4所示)；

(5)、开路故障定位：结合检测准则，仅通过2n个诊断变量S_n、D_n即可实现开关管、绕组开路故障的检测、识别与定位；