一種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法，用于解決三角形接法的永磁同步電機定子繞組匝間短路故障的檢測問題。其技術方案是：首先，計算幅值和相位：利用坐標變換理論計算零序電流中基波幅值和初相位、零序電流中三次諧波的幅值和三相相電流基波的初相位。其次，判斷是否出現匝間短路故障：如果Fs>thr，則出現了匝間短路故障；否則，沒有出現匝間短路故障。最后，判斷故障相：在匝間短路的情況下，根據零序電流中基波的初相位和三相相電流基波的初相位的差診斷故障相。本發(fā)明不需要額外的傳感器，計算簡單，易于實現，可以實時地診斷匝間短路故障。
【專利說明】—種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于故障診斷【技術領域】，尤其是一種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法。
【背景技術】
[0002]永磁同步電機Permanent magnet synchronous machine, PMSM)具有功率密度高、效率高、轉矩慣量比大、調速范圍寬等優(yōu)點。近年來，在風力發(fā)電、升降機驅動等大功率以及電動汽車和數控機床等高性能應用場合得到了廣泛關注和使用。
[0003]永磁同步電機在長期運行中，受負載工況和運行環(huán)境的影響，某些部件會逐漸失效或損壞。它的典型故障部件包括定子繞組、變換器、電機軸承以及控制系統的關鍵傳感器等，其中電機中38%的故障是由定子繞組引起的。在定子繞組故障中，匝間短路故障最為常見。當電機的定子繞組發(fā)生匝間短路會在短路回路中產生大量的渦流，如果這種故障在初期沒有被檢測到，故障就會加重，就會導致接地短路或相與相之間的短路，使電機的溫度不斷增加，最后導致電機完全損壞。因此，需要及時地診斷永磁同步電機的匝間短路故障。
[0004]目前，已經提出了一些方法來診斷永磁同步電機的匝間短路故障，如利用定子電流中的三次諧波法，零序電壓法等。但是現有方法存在一定的不足，一方面是現有方法大都針對星型連接的永磁同步電機，不太適合于三角形連接的永磁同步電機。另一方面現有方法所采用信 號分析技術有快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)、短時傅里葉變換(Short-Time Fourier Transform, STFT)、Wigner-Ville 分布(Wigner-VilleDistribution, WVD)、小波變換、經驗模態(tài)分解(Empirical Mode Distribution, EMD)和階比分析等，這些技術的計算量比較大，不易進行實時地故障診斷。另外，現有方法大都不能判斷出匝間短路的故障相。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的:針對上述現有技術的不足，本發(fā)明了提供一種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法，能夠實時地診斷三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障并確定故障相。
[0006]技術方案:為實現上述目的，本發(fā)明采用的方案為:
[0007]一種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法，包括如下步驟:
[0008](I)利用坐標變換理論計算永磁同步電機零序電流izs。中基波幅值I1和初相位Θ 1、零序電流中三次諧波的幅值I3以及三相相電流基波的初相位Θ a，Θ b，Θ e ；
[0009](2)判斷是否出現匝間短路故障:定義Fs=f，若FsHhr，則表示出現了匝間短路
故障；SFs ( thr，則表示沒有出現匝間短路故障；其中thr為閾值；
[0010](3)判斷故障相:在出現匝間短路的情況下，根據零序電流izs。中基波的初相位θ !和三相相電流基波的初相位θ a，θ b，θ。的差來判斷故障相:如果Ie1-QaKe thr，則a相繞組發(fā)生匝間短路，即令FlagA = I ;如果Ie1-QbKe thr,則b相繞組發(fā)生匝間短路，即令FlagB=I;如果I Q1-QeKethr，則C相繞組發(fā)生匝間短路，即令FlagC=I ;其中0tto為閾值。
[0011]2.根據權利要求1所述的一種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法，其特征在于:所述步驟(1)利用坐標變換理論計算計算零序電流izs。中基波幅值IdP初相Θ I的具體步驟為:
[0012]假設在故障情況下izs。表示為
[0013]Iizsc=I1Sin ( Θ + Θ 1)+I3sin (3 Θ + φ)(I)
[0014]式中山是零序電流中基波幅值，I3是零序電流中三次諧波的幅值，Θ i和φ分別為基波和三次諧波的初相位，Θ為永磁同步電機的轉子電角度；
[0015]利用坐標變換理論對式(I)進行變換，得到d軸和q軸的電流分量、和Iq為
【權利要求】
1. 一種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)利用坐標變換理論計算永磁同步電機零序電流izs。中基波幅值I1和初相位Θ1、零序電流中三次諧波的幅值I3以及三相相電流基波的初相位Θ a，Θ b，Θ e ； (2)判斷是否出現匝間短路故障:定義PS=+，若Fs> thr，則表示出現了匝間短路故



23障；若Fs ( thr，則表示沒有出現匝間短路故障；其中thr為閾值； (3)判斷故障相:在出現匝間短路的情況下，根據零序電流izs。中基波的初相位Θi和三相相電流基波的初相位θ a，θ b，θ。的差來判斷故障相:如果Ie1-QaKe thr,則a相繞組發(fā)生匝間短路，即令FlagA = I;如果I θ tto，則b相繞組發(fā)生匝間短路，即令FlagB=I ;如果Ie1-QeKe thr,則C相繞組發(fā)生匝間短路，即令FlagC=I ;其中Θ tto為閾值。
2.根據權利要求1所述的一種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法，其特征在于:所述步驟(1)利用坐標變換理論計算計算零序電流izs。中基波幅值I1和初相Θ!的具體步驟為: 假設在故障情況下izs。表示為 Izsc=I1Sin ( Θ + Θ ^ +I3Sin (3 Θ + φ) (I) 式中=I1是零序電流中基波幅值，I3是零序電流中三次諧波的幅值，91和φ分別為基波和三次諧波的初相位，Θ為永磁同步電機的轉子電角度； 利用坐標變換理論對式(I)進行變換，得到d軸和q軸的電流分量、和Iq為 \h = (1I sin(^ + ^1) +13 sin(3(9 + φ)) cos(^)
= (I1 sin(& + ^) + /3 sin(36> + (6)) sin(0) 對式(2)作進一步的運算可得
Id=-11 [sm(20 + 6?) + sin(ft )] + -/3 [sin(46> + φ) + sm(20 + φ)]-2 12(3)
Iq[cos(2 沒 + Θ')- cos(0:)]-—Z3 [cos(4 沒 + φ) — cos(26> + φ)~\ 利用低通濾波器濾除式(3)中高頻成分，可得
Jd, = 4 Z1Sin⑷ 2(4)
I L 2 根據式⑷可得，零序電流izs。中基波的幅值和初相位分別為 I,=2 JJJTIJ j(5)。
Θ' =Ian-1C-^)
3.根據權利要求1所述的一種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法，其特征在于:所述閾值thr的確定方法為:首先在永磁同步電機正常工作情況下，記錄下所述Fs在不同工作點的值，然后將該值設置為閾值thr，最后把這些設定好的閾值保存在表格中，在故障診斷的時候進行調用。
4.根據權利要求1所述的一種三角形接法的永磁同步電機匝間短路故障診斷的方法，其特征在于:所述閾值Θ thr設置為20度。
【文檔編號】G01R31/06GK103926507SQ201410141486
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權日:2014年4月9日
【發(fā)明者】張建忠, 杭俊, 程明 申請人:東南大學