專利名稱：：診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法
技術領域：
：本發明涉及一種診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法。技術背景永磁容錯電機主要應用于航空、航天、武器裝備、工業控制等領域的高可靠性要求的系統中，這種結構的電機可以避免繞組的相間短路，但電機匝間短路難以避免，一旦發生匝間短路會對系統產生嚴重危害。永磁容錯電機定子繞組的開路故障和端部短路故障由于故障特征明顯使得在線故障診斷相對比較容易實現。永磁容錯電機匝間短路發生概率較大，小匝數匝間短路時的故障信號微弱，其故障檢測診斷尤其是在線檢測診斷技術難度非常大。目前，關于匝間短路故障診斷的研究文獻比較少，有針對三相異步電機采用通過檢測電機的負序阻抗、負序電流的方法對匝間短路進行診斷，但是對永磁容錯電機，目前還沒有有效的方法。另外，采用檢測負序阻抗、負序電流的方法，或是采用震動監測、診斷電機故障的方法，對于小匝數匝間短路故障難以適用。另外，特別是電機繞組發生小匝數匝間短路時，對電機的轉速、電流影響都不大，突變信號很弱，其故障特征不明顯，很難通過提取電流的故障特征進行故障診斷。
發明內容本發明提供一種診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法，采用復高斯小波變換方法，對電機的瞬時功率進行分析和變換，能夠有效提取出故障特征，在線診斷出永磁容錯電機E間短路故障的位置、程度、發生時刻，并可以解決小匝數匝間短路故障的快速診斷和定位問題。本發明解決其技術問題所采用的技術方案一種診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法，其點是包括以下步驟(a)對電機繞組進行瞬時功率分析，當短路匝數》10時，通過求取故障前后瞬時功率的平均值的變化來判斷故障的發生，當短路匝數〈10時，進入下一步；(b)采用一階復高斯小波函數的導數作為小波函數，對匝間短路的非穩態信號進行分析和定位；(C)比較故障相和正常相瞬時功率信號小波模極大值變換情況，相同，即無故障；不同即匝間短路故障存在。本發明的有益效果是由于采用復高斯小波的模極大值，能夠明顯觀測到距間短路故障前后瞬時功率的畸變點，準確地捕獲電機發生匝間短路故障時的故障特征，即便在匪間短路匝數僅為1匝時，這種算法也能準確判別故障點，解決了永磁電機定子繞組小匝數匝間短路的在線故障診斷難題。下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。圖1是本發明診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法實施例六相八極永磁容錯電機拓撲結構。圖2是本發明診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法中電機A相繞組發生1、2、5、10、25、40匝繞組匝間短路時A相瞬時功率變化曲線圖。圖3是本發明診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法中電機A相發生1匝匝間短路時小波連續變換幅值色譜圖。圖4是本發明診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法中電機A相繞組1匝發生短路時A相瞬時功率幅值小波變換圖。圖5是本發明診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法中電機A相繞組1匝發生短路時B相瞬時功率幅值小波變換圖。圖6是本發明診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法中電機A相繞組1匝發生短路時C相瞬時功率幅值小波變換圖。圖7是本發明珍斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法中電機A相繞組1匝發生短路時D相瞬時功率幅值小波變換圖。圖8是本發明診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法中電機A相繞組1匝發生短路時E相瞬時功率幅值小波變換圖。圖9是本發明診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法中電機A相繞組1匝發生短路時F相瞬時功率幅值小波變換圖。具體實施方式本發明以六相8極永磁容錯電機為例進行說明，六相10極、五相8極、四相4極等結構永磁容錯電機匝間短路故障診斷方法與本實施例相同。參照圖1，具有容錯能力的多相永磁同歩電機轉子鑲嵌稀土永磁磁鋼，可采用徑向或切向結構。定子結構是每相繞組繞在一個電樞齒上，每槽只有一相繞組，沒有繞組的電樞齒作為磁通回路起著相間熱隔離和電隔離的作用。這種結構的電機繞組端部由于不交疊而產生物理隔離，從而避免了相間短路這種嚴重故障。當一相繞組發生短路故障時，短路電流產生的熱量會對磁鋼和其它相繞組產生不利影響，而沒有繞組的電樞齒對其產生的瞬間熱量有隔離作用，良好的電機外殼冷卻設計也會幫助散熱。繞組設計為高電抗用于限制短路電流，磁鋼采用釤鈷稀土永磁材料以抵抗溫度對磁鋼性能的影響。另外，當檢測到電機繞組故障時，驅動控制會切掉故障相，由正常相承擔負載，通過控制來補償故障影響。這樣，短路相繞組產生的熱量對正常相繞組的影響將會很小。對永磁容錯電機在故障情況下的電磁場有限元分析表明，短路相繞組幾乎不改變相鄰相的磁通量，因此稱這種結構的電機為永磁容錯電機。1、瞬時功率分析。參照圖2，對于六相永磁容錯電機而g，由于各相之間的獨立性，所以每一相瞬時功率=(1)式中，y'=J,B，…,F，^為電動機的第乂相相電壓，。為流過第y'相的電流。由于電機閉環調速，故障前后轉速變化并不大，信號仍然具有周期性。假設電機A相繞組發生匝間短路，獲取的A相瞬時功率變化曲線如圖2所示。由于故障相發生匝間短路，其輸出瞬時功率將會減小，當短路匝數為10時，可以明顯看出正常相和故障相的差別，也可通過求取故障前后瞬時功率的平均值的變化來判斷故障的發生，但當短路匝數小于10時，瞬時功率的變化并不明顯，不宜采用求取故障前后瞬時功率的平均值的變化來判斷故障的方法進行故障診斷。2、構造一階復高斯小波。復值小波變換可以同時提取幅值和相位信息，還可根據小波變換的可調時頻窗，能將高低頻混合信號分離在不同的尺度下研究，更加有利于匝間短路故障的判斷。選用復值小波對故障信號進行分析，根據復值小波變換的模極大值理論，利用復值小波變換分析故障前后信號幅值發生的變化，就可以根據模極大值捕捉到幅值突變點的特性，及時捕捉到故障信號的突變點。采用一階復高斯小波函數的導數作為小波函數，進行小波變換。一階復高斯小波函數的表達式為W(/)=Cxe-"-e-'2(2)式中，C"為一常數，"eZ,>0。對于一階復高斯小波函數而言，C=V^.(-/-2x)。3、采用一階復高斯小波變換檢測匝間短路故障。以一階復高斯函數的微分作為小波函數，對故障相的瞬時功率進行檢測。設A相發生匝間短路，短路發生時間為/=0.25秒，對應采樣點5000點，采樣頻率為20K。A相發生1匝匝間短路時，對A相瞬時功率進行連續小波變換，其變換系數幅值的色譜圖如圖2所示，其中尺度連續變化值為164，用顏色的深淺代表幅值的變化.圖2縱坐標表示尺度值，橫坐標表示采集點數，對于各尺度而S均為一連續變化的曲線，其中顏色越深表示小波變換值越小，顏色越亮則越大。從圖3中可以看出，當尺度值為22時，能夠看出故障前后顏色有較大變化，即小波變換值變化較大，圖像兩端部顏色較亮是由于電機剛開始時瞬時功率變換變化較大和邊緣效應引起的，實際中不用考慮。參照圖49，圖49分別為電機A相繞組發生1匝匝間短路故障前后電機各相繞組瞬時功率幅值小波變換曲線。從圖49可以看出，發生故障后A相瞬時功率幅值小波變換的變化最大值為435，而B、C、D、E、F相變換后最大幅值分別為460、460、455、455、460。可以看出，B、C、D、E、F五相瞬時功率小波變換幅值非常接近，A相瞬時功率小波變換幅值明顯小于其余五相。因此，可以通過對各相瞬時功率的小波模極大值變換，準確的進行電機發生匝間短路故障的位置判斷。A相發生210匝匝間短路時各相瞬時功率幅值小波變換值如表1所示。表1電機A相發生210匝匝間短路時各相瞬時功率幅值小波變換值。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>②值2表示B、C、D、E、F中小波系數值最大值與最小值之差；③比值為值2/值l。從表l中可以看出，由于電機良好的容錯特性，使得正常相小波變換系數值之間相差不大，差值2遠小于差值1，最大為36。根據各相瞬時功率的模極大值變換，很容易得出正常相與故障相之間的差異，從而可以判別匝間短路發生的狀況。對于六相八極永磁容錯電機而S，由于各相之間的相互隔離，使得相與相之間的影響已減小到最小，所以，若同時有兩相或者三相發生匝間短路仍能對匝間短路故障權利要求1、一種診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法，其特征包括以下步驟(a)對電機繞組進行瞬時功率分析，當短路匝數≥10時，通過求取故障前后瞬時功率的平均值的變化來判斷故障的發生，當短路匝數＜10時，進入下一步；(b)采用一階復高斯小波函數的導數作為小波函數，對匝間短路的非穩態信號進行分析和定位；(c)比較故障相和正常相瞬時功率信號小波模極大值變換情況，相同，即無故障；不同即匝間短路故障存在。全文摘要本發明公開了一種診斷永磁容錯電機匝間短路故障的方法，其點是包括以下步驟(a)對電機繞組進行瞬時功率分析，當短路匝數≥10時，通過求取故障前后瞬時功率的平均值的變化來判斷故障的發生，當短路匝數＜10時，進入下一步；(b)采用一階復高斯小波函數的導數作為小波函數，對匝間短路的非穩態信號進行分析和定位；(c)比較故障相和正常相瞬時功率信號小波模極大值變換情況，相同，即無故障；不同即匝間短路故障存在。由于采用復高斯小波的模極大值，能夠明顯觀測到匝間短路故障前后瞬時功率的畸變點，準確地捕獲電機發生匝間短路故障時的故障特征，解決了永磁電機定子繞組小匝數匝間短路的在線故障診斷難題。文檔編號G01R31/02GK101221206SQ20071001840公開日2008年7月16日申請日期2007年8月3日優先權日2007年8月3日發明者輝林,崢陳,蓉齊申請人:西北工業大學