[发明专利]一种多相永磁同步电机匝间短路故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种多相永磁同步电机定子绕组匝间短路故障诊断方法。首先，采集永磁同步电机驱动系统的各相相电压和相电流，并根据各相的电压方程预估相电流的大小得到预估电流；其次，将电机的实际相电流与预估电流相减得到剩余电流；然后，利用剩余电流的关系，根据设置的故障标志，判断电机是否发生故障，进一步根据故障标志定位故障相。本发明计算简单，易于实现，准确度高，不仅能实现多相永磁同步电机定子绕组匝间短路故障检测，而且还能实现单相和两相故障的分类以及故障相定位。

技术领域

本发明属于故障诊断技术领域，具体为一种多相永磁同步电机匝间短路故障诊断方法。

背景技术

多相永磁同步电机具有容错能力强、功率密度高、效率高、转矩密度高等优点。近年来，在风力发电、航空航天、军事等场合得到了广泛关注和使用。

永磁同步电机工作时，具有复杂的机电能量转换过程，在长期运行中，受负载工况和运行环境的影响，某些部件会逐渐失效或损坏。它的典型故障部件包括定子绕组、变换器、电机轴承以及控制系统的关键传感器等，其中电机中38％的故障是由定子绕组引起的。其中，匝间短路是一种破环性极强的故障，主要指同一相邻两匝或数匝线圈之间由于绝缘破坏而发生短路。匝间短路故障会在短路回路中长生较大的涡流，如果这种故障没有被检测到，未能采取相应的解决方案，就会导致永磁体退磁，单相接地短路或相间短路等故障，使电机的温度不断增加，最终使得电机损坏。因此，需要及时地诊断永磁同步电机的定子绕组故障。目前，针对三相电机已经提出一系列故障诊断的方法等，但对于多相电机没有行之有效的方法，尤其是多相电机的多相绕组发生匝间短路情况。

发明内容

本发明目的在于提出了一种多相永磁同步电机匝间短路故障诊断方法，该方法不仅能实现多相永磁同步电机定子绕组匝间短路故障检测，而且还能实现单相和两相故障的分类以及故障相定位。

实现本发明目的的技术方案为：一种多相永磁同步电机定子绕组匝间短路故障诊断方法，具体步骤为：

步骤1：采集永磁同步电机驱动系统的相电压和定子相电流；

步骤2：将采集的相电压代入永磁同步电机的电压方程，根据电机的数学模型预测相电流；

步骤3：根据采集的定子相电流与预测相电流的差值得到剩余电流，并计算剩余电流中基波的幅值和初始相位角；

步骤4：根据剩余电流中基波的幅值与初始相位角，比较两相之间的幅值与相位，若两相幅值与相位的差值在阈值以内，则两相为健康相，否则两相至少有一相为故障相。

优选地，步骤2中永磁同步电机为五相永磁同步电机，五相永磁同步电机数学模型中相电压方程和预测相电流的表达式为：

式中：[v_s^h]为相电压，[i_s^h]为相电流，e^h是反电动势

为定子电压矩阵表达式，为定子电流矩阵表达式；

为五相绕组电阻和电感矩阵表达式，V_abcde分别是各相相电压；i_abcde分别是各相相电流；Rs是相电阻；M是互感；L是自感；

为空载反电动势，其中Ψ_PM,abcde分别是各相磁链，θ_e是电机转子电角度。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明不仅能检测匝间短路故障，而且还能故障分类以及定位故障相；本发明计算简单，易于实现，准确度高。

附图说明

图1为带五相永磁同步电机的剩余电流流通路径等效图。

图2为一种多相永磁同步电机匝间短路故障诊断方法的框图。