一種永磁同步電機(jī)匝間短路故障診斷的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁同步電機(jī)匝間短路故障診斷的方法，用于解決永磁同步電機(jī)定子繞組匝間短路故障的檢測問題。其技術(shù)方案是：首先利用坐標(biāo)變換理論計算零序電壓中基波幅值和初相位、零序電壓中三次諧波的幅值和三相相電流基波的初相位。其次，判斷是否出現(xiàn)匝間短路故障：如果Fs>thr，則出現(xiàn)了匝間短路故障，并且判斷故障相；否則，沒有出現(xiàn)匝間短路故障。最后，判斷故障相：在匝間短路的情況下，根據(jù)零序電壓中基波的初相位和三相相電流基波的初相位的來差判斷故障相。本發(fā)明計算簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)時地診斷匝間短路故障，并且可以提高故障診斷的靈敏度。
【專利說明】—種永磁同步電機(jī)匝間短路故障診斷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種永磁同步電機(jī)匝間短路故障診斷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁同步電機(jī)(Permanentmagnet synchronous machine, PMSM)具有功率密度高、效率高、轉(zhuǎn)矩慣量比大、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。近年來，在電動汽車和風(fēng)力發(fā)電等場合得到了廣泛關(guān)注和使用。
[0003]永磁同步電機(jī)是有定子、轉(zhuǎn)子和軸承等電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成。電機(jī)工作時，具有復(fù)雜的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程，在長期運(yùn)行中，受供電情況、負(fù)載工況和運(yùn)行環(huán)境的影響，某些部件會逐漸失效或損壞。常見的故障模式有電機(jī)振動過大、電機(jī)過熱、軸承過熱、轉(zhuǎn)子/定子線圈短路等。在電機(jī)的所有故障中，軸承的故障率為40%，定子的故障率為38%，轉(zhuǎn)子的故障率為10%，其他故障占12%。在定子繞組故障中，以定子繞組匝間短路故障最為常見，電機(jī)的定子繞組發(fā)生匝間短路會在短路回路中產(chǎn)生大量的渦流，如果這種故障沒有被檢測到，故障就會加重，就會導(dǎo)致接地短路或相與相之間的短路，使電機(jī)的溫度不斷增加，最后導(dǎo)致電機(jī)完全損壞，因此需要及時地診斷永磁同步電機(jī)的匝間短路故障。
[0004]目前，已經(jīng)提出了一些方法來診斷永磁同步電機(jī)的匝間短路故障，其中最常用方法是基于定子電流信號的分析方法等。常用的信號分析技術(shù)有快速傅里葉變換(FastFourier Transform, FFT)> 短時傅里葉變換(Short-Time Fourier Transform, STFT)>Wigner-Ville 分布(Wigner-Ville Distribution, WVD)、小波變換、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Distribution, EMD)和階比分析等。但是這種故障診斷方法存在一定的不足，一方面電流信號的靈敏度比較`差，另一方面這些信號分析技術(shù)的計算量比較大，不易實(shí)現(xiàn)實(shí)時地故障診斷。此外，這種匝間短路故障診斷方法，只能診斷匝間短路故障，不能判斷出故障相。
[0005]專利內(nèi)容
[0006]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種永磁同步電機(jī)匝間短路故障診斷的方法，該方法計算簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)時地診斷匝間短路故障；該方法不僅能診斷匝間短路故障，而且還能判斷故障相；該方法能提高故障診斷的靈敏度。
[0007]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的方案為:
[0008]一種永磁同步電機(jī)匝間短路故障診斷的方法，包括如下步驟:
[0009](I)利用坐標(biāo)變換理論計算零序電壓Vtlni中基波幅值VJP初相位Θ 1、零序電壓Vtlni中三次諧波的幅值V3,三相相電流基波的初相位Θ a，Θ b，Θ。和零序電壓Vc中基波的初相位與A相電流中基波的初相位差δ ；
[0010](2)判斷是否出現(xiàn)匝間短路故障:如果零序電壓\m中基波幅值V1與零序電壓Vtlm


K
中三次諧波的幅值V3的比值Fs大于第一閾值thr，即Fs=.^>//"'，則出現(xiàn)了匝間短路故障，




y3并且判斷故障相；否則，沒有出現(xiàn)匝間短路故障；
[0011](3)判斷故障相:在匝間短路的情況下，根據(jù)零序電壓Vtlm中基波的初相位和三相相電流基波的初相位的差來判斷故障相。如果I Q1-S-QaKetto，則a相繞組發(fā)生匝間短路，即FlagA=I ;如果I Q1-S-QbKetto，則B相繞組發(fā)生匝間短路，即FlagB=I ;否則，C相繞組發(fā)生匝間短路，即FlagC=I,其中Θ thr為第二閾值。
[0012]所述步驟(1)中，利用坐標(biāo)變換理論計算幅值和初相位，其方法為:
[0013]以計算零序電壓\m中基波幅值和初相位為例。為了方便分析，本文只考慮基波
和三次諧波，假設(shè)在故障情況下零序電壓\m的表示為
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種永磁同步電機(jī)匝間短路故障診斷的方法，其特征在于:該方法的步驟為: (1)利用坐標(biāo)變換理論計算零序電壓\m中基波幅值V1和初相位Θ1、零序電壓Vc^m中三次諧波的幅值v3，三相相電流基波的初相位Θ a，Θ b，Θ。和零序電壓Vc中基波的初相位與A相電流中基波的初相位差δ ； (2)判斷是否出現(xiàn)匝間短路故障:如果零序電壓\m中基波幅值V1與零序電壓Vtlm中





V,三次諧波的幅值V3的比值Fs大于第一閾值thr，即Fs=f>thr，則出現(xiàn)了匝間短路故障，并




3且判斷故障相；否則，沒有出現(xiàn)匝間短路故障； (3)判斷故障相:在匝間短路的情況下，根據(jù)零序電壓Vtlm中基波的初相位和三相相電流基波的初相位的差來判斷故障相，如果I Q1-S-QaKetto，則A相繞組發(fā)生匝間短路，SPFlagA=I ;如果I Θ r δ - Θ b I〈 Θ thr,則B相繞組發(fā)生匝間短路，即FlagB=I ;否則，C相繞組發(fā)生匝間短路，即FlagC=I,其中Θ thr為第二閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)匝間短路故障診斷的方法，其特征在于:所述步驟(1)利用坐標(biāo)變換理論計算零序電壓\m中基波幅值和初相位，其方法為: 在故障情況下零序電壓\m的表示為V{,, = J71 sin(<X)v, +B1) + V.sin(3(!)、., + φ)( I ) 式中:是基波角頻率,V1是零序電壓Vtlm中基波幅值，V3是零序電壓Vtlm中三次諧波的幅值，Θ i和φ分別為基波和二次諧波的初相位； 利用坐標(biāo)變換理論對式(I)進(jìn)行變換，可得d軸和q軸的電壓為 ?V, = (K sin(o) /'+θ,) + K, sin(30.) f + (p))cos((!) t)J ?I5 I JSS(2)=([ sin((ov/ +Θ,) + F3 sin(3o)v/ + φ))Sin(O)/)… 對式(2)作進(jìn)一步的運(yùn)算可得
K"=丄 K [s i η (2ω、./.+ Θ,) + s i η (Θ.,)] + 丄 [s i η (4ω、t + φ) + s i η (2ω、/ + (ρ)]< 22(3)
Κ(/=十丨[_2ω/+θ 丨一^ 利用低通濾波器濾除式(3)中高頻成分，可得 匕,=去K丨5_丨)<1(4)
=^k! cos^0I) 根據(jù)式(4)可得，零序電壓Vtlm中基波的幅值和初相位分別為 vI=2^I+K/<Y(5)
Θ, - tan IV I V 同樣，利用此方法可以計算零序電壓Vtlm中三次諧波的幅值和三相相電流基波的初相位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)匝間短路故障診斷的方法，其特征在于:第一閾值thr和第二閾值Θ thr的確定方法分別為: 對于第一閾值thr，首先在永磁同步電機(jī)正常工作情況下，記錄下Fs在不同工作點(diǎn)的值，然后將其設(shè)置為第一閾值thr，最后把這些設(shè)定好的閾值保存在表格中，在故障診斷的時候進(jìn)行調(diào)用； 對于第二閾值Gtto，將 其設(shè)置為20。
【文檔編號】G01R31/06GK103487718SQ201310424228
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】張建忠, 杭俊, 程明 申請人:東南大學(xué)