一種基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷方法，包括以下步驟：S1、向d軸的參考電流中注入n次不同的直流信號，并記錄下每次注入信號后的相電流和零序電壓；其中n為大于等于2的自然數；S2、計算S1中記錄的n次相電流的平均值和n次零序電壓的平均值并根據計算得到的估算出電阻的偏移量ΔRa、ΔRb、ΔRc；S3、判斷是否存在電阻性失衡故障：若ΔRa>0，表明永磁同步電機的A相存在電阻性失衡故障；若ΔRb>0，表明永磁同步電機的B相存在電阻性失衡故障；若ΔRc>0，表明永磁同步電機的C相存在電阻性失衡故障；若ΔRa、ΔRb、ΔRc均不大于0，表明永磁同步電機不存在電阻性失衡故障。
【專利說明】
-種基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障 診斷方法
技術領域
[0001] 本發明設及故障診斷技術領域，尤其設及一種基于信號注入的永磁同步電機定子 繞組電阻性失衡故障診斷方法。
【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、調速范圍寬等優點。近年來，在風力發電、升降機驅動等大功率 W及電動汽車和數控機床等高新能應用場合得到了廣泛關注和使用。
[0003] 永磁同步電機工作時，具有復雜的機電能量轉換過程，在長期運行中，受負載工況 和運行環境的影響，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W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，定子繞組電阻性失衡是一種常見的故障。當發生早期的失衡故障時，電 機仍然可繼續運行，但若不能及時檢測而導致故障嚴重程度加劇，會引起電機轉速等產生 震蕩，如果運種故障在初期沒有被檢測到，故障就會加重，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定子繞組故障。目前，已經提出了 一些方法來診斷永磁同步電機的定子繞組電阻性失衡故障，其中最常用的方法是基于定子 電流和零序電壓信號的分析方法。但是運種故障診斷方法存在一定的不足:定子繞組電阻 性失衡故障和應間短路故障對定子電流和零序電壓造成的影響基本相同，易造成誤判。

【發明內容】

[0004] 基于【背景技術】存在的技術問題，本發明提出了一種基于信號注入的永磁同步電機 定子繞組電阻性失衡故障診斷方法。
[0005] 本發明提出的基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷方法， 包括W下步驟：
[0006] S1、向d軸的參考電流中注入n次不同的直流信號，并記錄下每次注入信號后的相 電流和零序電壓;其中n為大于等于2的自然數；
[0007] S2、計算Sl中記錄的n次相電流的平均值以、和n次零序電壓的平均值咐，"， 并根據計算得到的4、枯、L、；〇,,?，估算出電阻的偏移量A Ra、A化、A Rc;
[000引S3、判斷是否存在電阻性失衡故障：若A Ra〉0,表明永磁同步電機的A相存在電阻 性失衡故障；若A化〉0,表明永磁同步電機的財目存在電阻性失衡故障；若A Rc〉0,表明永磁 同步電機的C相存在電阻性失衡故障;若ARa、A化、ARc均不大于0,表明永磁同步電機不存 在電阻性失衡故障。
[0009] 優選地，n = 2。
[0010] 優選地，步驟S2中根據計算得到的t、品.,,,，估算電阻的偏差量ARa、A 化、A Re的方法為：
[00川零序電壓U日,m表示為
[0012]
[0013]
[0014] 式中：V是諧波次數，Apm,V是V次諧波磁鏈的幅值，0是轉子電角度，0V是V次諧波磁鏈 和基波磁鏈之間的角度；
[001引零序電壓U日,m的平均值可W表示為
[0016]
[0017]將每相定子電阻看成有兩部分構成，可表示為 [001 引
[0019]式中：I?m= (Ra+Rb+Rc)/3,因此下列條件必須滿足
[0020] A Ra+A 化+A Rc = O
[0021] 并且
[0022]
[0023]
[0024]
[0025] 通過注入兩次不同的直流信號，可聯立方程，求出A Ra和A化，再將求出的A Ra和 A化代入公式A Ra+ A化+ A Rc = O中，即可求出A Rc。
[0026] 優選地，當永磁同步電機不存在電阻性失衡故障時，向d軸的參考電流中注入一次 直流信號，并記錄下注入信號后的相電流和零序電流，并與Sl中任一次直流信號進行對比， 計算出兩次相電流的平均值和零序電壓的平均值，再估算出電阻的偏移量ARa、A化、ARc, W驗證永磁同步電機是否不存在電阻性失衡故障。
[0027] 優選地，當永磁同步電機不存在電阻性失衡故障時，向d軸的參考電流中注入一次 直流信號，并記錄下注入信號后的相電流和零序電流，并與Sl中每一次直流信號進行對比， 計算出n+1次相電流的平均值和零序電壓的平均值，再估算出電阻的偏移量A Ra、A化、A R。，W驗證永磁同步電機是否不存在電阻性失衡故障。
[0028] 本發明診斷永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障的方法為:首先向d軸的參考 電流中注入兩次不同的直流信號，并記錄下每次注入信號后的相電流和零序電壓的值;再 計算出記錄的兩次相電流和零序電壓的平均值，建立二元一次方程組，估算出電阻的偏移 量;最后根據估算出的電阻的偏移量判斷是否出現電阻性失衡故障。利用本發明提出的方 法，不僅可W診斷永磁同步電機是否存在定子繞組電阻性失衡故障，而且可W判斷出故障 相所在;本發明克服了現有技術中對永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障判斷的不確定 性，利用記錄的兩次相電流和零序電壓的平均值，建立二元一次方程組，估算出電阻的偏移 量，再根據電阻的偏移量判斷是否出現電阻性失衡故障;本發明提出的方法計算量小、易于 實現，保證了對永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷的確定性和可靠性。
【附圖說明】
[0029] 圖1為一種基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷方法的框 圖；
[0030] 圖2為一種基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷方法的步 驟圖。
【具體實施方式】
[0031] 如圖1、圖2所示，圖1、圖2為本發明提出的一種基于信號注入的永磁同步電機定子 繞組電阻性失衡故障診斷方法。
[0032] 參照圖1、圖2,本發明提出的基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡 故障診斷方法，包括W下步驟：
[0033] S1、向d軸的參考電流中注入n次不同的直流信號，并記錄下每次注入信號后的相 電流和零序電壓;其中n等于2;
[0034] S2、計算Sl中記錄的2次相電流的平均值和2次零序電壓的平均值 并根據計算得到的、zV、4、，估算出電阻的偏移量A Ra、A化、A Re;
[0035] S3、判斷是否存在電阻性失衡故障：若A Ra〉0,表明永磁同步電機的A相存在電阻 性失衡故障；若A化〉0,表明永磁同步電機的財目存在電阻性失衡故障；若A Rc〉0,表明永磁 同步電機的C相存在電阻性失衡故障;若ARa、A化、ARc均不大于0,表明永磁同步電機不存 在電阻性失衡故障。
[0036] 下面對本方法作進一步說明：
[0037] 巧據圖1 業標累下永磁同擊由化吿子繞巧的由用方賴親元九
[00；3 引
（1 )
[0039] 式中：Ua、Ub、Uc為S相定子電壓，UO是零序電壓，ia、ib、ic為S相定子電流，L是定子 繞組自感，M是定子繞組互感。1?3、姑、1?。為立相定子電阻，當永磁同步電機是健康時瓜、姑、尺。 是相等的；當定子繞組電阻性失衡故障發生時，Ra、Rb、Rc不再相等。^1,3，^1,謝^1,。是立相 定子繞組的永磁磁鏈，其表示為 鋒0]
做
[0041]式中：Apm, 1是基波磁鏈的幅值，V是諧波次數，Apm, V是V次諧波磁鏈的幅值，0是轉子 電角度，是V次諧波磁鏈和基波磁鏈之間的角度；
[00創圖1中零序電壓UO,m表示為
[0043]
[0048] 將每相定子電阻看成有兩部分構成，可表示為
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[0049]
(縣）
[0050] 式中：I?m= (Ra+Rb+Rc)/3,因此下列條件必須滿足
[0化1 ]
[0化2]
[。化引 （7)
[0化4]
[00對 （貧）
[0056] 從式(8)可W看出，只需要注入兩次不同的信號，并且記錄兩種情況下的零序電壓 UO,"和相電流，然后計算其平均值，代入到式(8)并求解二元一次方程組，就能到相電阻偏差 A Ra、A化、A Re,通過觀察電阻偏差就能完成定子繞組電阻性失衡故障診斷和定位。具體過 程如下:若相電阻偏差A Ra〉0,表明永磁同步電機的A相有電阻性失衡故障發生;若相電阻 偏差A化〉0,表明永磁同步電機的B相有電阻性失衡故障發生;若相電阻偏差A Rc〉0時，表明 永磁同步電機的C相有電阻性失衡故障發生;若相電阻偏差A Ra、A化、A Re均不大于0,表明 永磁同步電機不存在電阻性失衡故障，處于正常運行狀態。
[0057] 當診斷結果表明永磁同步電機不存在電阻性失衡故障時，此時可通過向d軸的參 考電流中注入一次直流信號，并記錄下注入信號后的相電流和零序電流，并與Sl中任一次 直流信號進行對比，計算出兩次相電流的平均值和零序電壓的平均值，再估算出電阻的偏 移量A Ra、A化、A Re, W驗證永磁同步電機是否不存在電阻性失衡故障。
[005引或者，當診斷結果表明永磁同步電機不存在電阻性失衡故障時，可通過向d軸的參 考電流中注入一次直流信號，并記錄下注入信號后的相電流和零序電流，并與Sl中n次直流 信號進行對比，計算出n+1次相電流的平均值和零序電壓的平均值，再估算出電阻的偏移量 A Ra、A化、ARc, W驗證永磁同步電機是否不存在電阻性失衡故障。
[0059] 上述兩種驗證方法是為了對永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障的診斷結果 進行進一步的驗證，W保證驗證結果的可靠性和準確性。
[0060] 利用本發明提出的方法，不僅能夠診斷永磁同步電機子繞組電阻性失衡故障，而 且能夠判斷故障相;本發明提出的方法計算量小、易于實現、靈敏度高、是一種能夠有效提 高永磁同步電機安全和可靠性的故障診斷方法。
[0061] W上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明掲露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其 發明構思加W等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷方法，其特征在 于，包括以下步驟： 51、 向d軸的參考電流中注入η次不同的直流信號，并記錄下每次注入信號后的相電流 和零序電壓;其中η為大于等于2的自然數； 52、 計算Sl中記錄的η次相電流的平均值;'u、L和η次零序電壓的平均值hu.,"，并根 據計算得到的Lh、/_、.，估算出電阻的偏移量Δ匕、Δ Rb、Δ R。； 53、 判斷是否存在電阻性失衡故障:若ARa>0,表明永磁同步電機的A相存在電阻性失衡 故障;若△ Rb>0，表明永磁同步電機的B相存在電阻性失衡故障;若△ RjO，表明永磁同步電 機的C相存在電阻性失衡故障;若ARa、ARb、AR。均不大于〇,表明永磁同步電機不存在電阻 性失衡故障。2. 根據權利要求1所述的基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷 的方法，其特征在于，η = 2。3. 根據權利要求1所述的基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷 的方法，其特征在于，步驟S2中根據計算得到的、L、估算電阻的偏差量AR a、 ARb、AR。的方法為： 零序電壓UQ, m表不為式中：V是諧波次數，λΡΜ,ν是V次諧波磁鏈的幅值，Θ是轉子電角度，θ^ν次諧波磁鏈和基 波磁鏈之間的角度； 零序電壓U0,?的平均值表示為將每相定子電阻看成有兩部分構成，表示為式中：Rm = (Ra+Rh+Rr.) /3,閔此下列備件必須滿足通過注入兩次不同的直流信號，可聯立方程，求出A RJP Δ Rb，再將求出的Δ Ra和Δ Rb代 入公式A Ra+ARb+ARc = O中，即可求出ARC。4. 根據權利要求1所述的基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷 的方法，其特征在于，當永磁同步電機不存在電阻性失衡故障時，向d軸的參考電流中注入 一次直流信號，并記錄下注入信號后的相電流和零序電流，并與Sl中任一次直流信號進行 對比，計算出兩次相電流的平均值和零序電壓的平均值，再估算出電阻的偏移量AR a、ARb、 AR。，以驗證永磁同步電機是否不存在電阻性失衡故障。5. 根據權利要求1所述的基于信號注入的永磁同步電機定子繞組電阻性失衡故障診斷 的方法，其特征在于，當永磁同步電機不存在電阻性失衡故障時，向d軸的參考電流中注入 一次直流信號，并記錄下注入信號后的相電流和零序電流，并與Sl中每一次直流信號進行 對比，計算出n+1次相電流的平均值和零序電壓的平均值，再估算出電阻的偏移量AR a、A Rb、ARc，以驗證永磁同步電機是否不存在電阻性失衡故障。
【文檔編號】G01R31/06GK106019073SQ201610327156
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】杭俊, 陳文 , 丁石川, 鄭常寶, 李國麗
【申請人】安徽大學