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)定子繞組故障診斷的方法。

背景技術(shù)：

永磁同步電機(jī)(permanentmagnetsynchronousmachine，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，在風(fēng)力發(fā)電、升降機(jī)驅(qū)動(dòng)等大功率以及電動(dòng)汽車和數(shù)控機(jī)床等高新能應(yīng)用場合得到了廣泛關(guān)注和使用。

永磁同步電機(jī)工作時(shí)，具有復(fù)雜的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程，在長期運(yùn)行中，受負(fù)載工況和運(yùn)行環(huán)境的影響，某些部件會(huì)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(jī)軸承以及控制系統(tǒng)的關(guān)鍵傳感器等，其中電機(jī)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(dāng)發(fā)生早期的失衡故障時(shí)，電機(jī)仍然可繼續(xù)運(yùn)行，但若不能及時(shí)檢測而導(dǎo)致故障嚴(yán)重程度加劇，會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)速等產(chǎn)生震蕩，如果這種故障在初期沒有被檢測到，故障就會(huì)加重，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(shí)地診斷永磁同步電機(jī)的定子繞組故障。目前，已經(jīng)提出了一些方法來診斷永磁同步電機(jī)的定子繞組電阻性失衡故障，其中最常用方法是基于定子電流和零序電壓信號(hào)的分析方法等。但是這種故障診斷方法存在一定的不足，如不能判斷故障相的故障程度，尤其是故障發(fā)生在多相情況下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法，該方法不僅能診斷定子繞組電阻性失衡故障，而且還能診斷故障相和估算故障程度；該方法計(jì)算簡單，易于實(shí)現(xiàn)，準(zhǔn)確度高。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法，包括如下步驟：

(1)采集永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的零序電壓和定子電流，并計(jì)算零序電壓和定子電流中基波的幅值和初始相位角；

(2)將零序電壓和定子電流中基波的幅值和初始相位角代入到關(guān)于相電阻偏差的二元二次方程組中；

(3)求解該二元二次方程組，并利用相位差和相電阻偏差的關(guān)系，確定該二元二次方程的合適解，即為每相繞組的電阻偏差；

(4)利用計(jì)算的每相繞組的電阻偏差實(shí)現(xiàn)故障檢測、故障相定位和故障程度估算。

作為優(yōu)選，所述步驟(2)中關(guān)于相電阻偏差的二元二次方程組為：

式中：v1和α是零序電壓中基波的幅值和初始相位角，ia和θa是定子電流ia中的幅值和初始相位角，ib和θβ是定子電流中ib中的幅值和初始相位角，δra和δrb是a相和b相定子繞組的電阻偏差。其中，a和b是中間變量。

有益效果：本發(fā)明提供的一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法，能夠克服現(xiàn)有診斷定子繞組電阻性失衡故障方法的不足。本發(fā)明不僅能診斷定子繞組電阻性失衡故障，而且還能診斷故障相和估算故障程度；本發(fā)明計(jì)算簡單，易于實(shí)現(xiàn)，準(zhǔn)確度高。

附圖說明

圖1為帶三相平衡電阻網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)控制框圖。

圖2為一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法的框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖2所示，一種永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷方法，包括如下步驟：

(1)采集永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的零序電壓和定子電流，并計(jì)算零序電壓和定子電流中基波的幅值和初始相位角；

(2)將零序電壓和定子電流中基波的幅值和初始相位角代入到關(guān)于相電阻偏差的二元二次方程組中；

(3)求解該二元二次方程組，并利用相位差和相電阻偏差的關(guān)系，確定該二元二次方程的合適解，即為每相繞組的電阻偏差；

(4)利用計(jì)算的每相繞組的電阻偏差實(shí)現(xiàn)故障檢測、故障相定位和故障程度估算。

下面對本案進(jìn)行說明：

永磁同步電機(jī)定子繞組的電壓方程在abc坐標(biāo)系下表示為

式中：ua，ub和uc為三相定子電壓，u0是零序電壓，ia，ib和ic為三相定子電流，l是定子繞組自感，m是定子繞組互感。ra，rb和rc為三相定子電阻，當(dāng)永磁同步電機(jī)是健康時(shí)，ra，rb和rc是相等的；當(dāng)定子繞組電阻性失衡故障發(fā)生時(shí)，ra，rb和rc不再相等。λpm,a，λpm,b和λpm,c是三相定子繞組的永磁磁鏈，其表示為

式中：λpm,1是基波磁鏈的幅值，v是諧波次數(shù)，λpm,v是v次諧波磁鏈的幅值，θ是轉(zhuǎn)子電角度，θv是v次諧波磁鏈和基波磁鏈之間的角度。

圖1中零序電壓v0,m表示為

式中：

將每相定子電阻看成有兩部分構(gòu)成，可表示為

式中：rm＝(ra+rb+rc)/3，因此下列條件必須滿足

δra+δrb+δrc＝0(6)

式中：δra、δrb和δrc是a相、b相和c相定子繞組中由于定子繞組電阻性失衡故障導(dǎo)致的電阻偏差。

并且

ia+ib+ic＝0(7)

因此，零序電壓v0,m可以重新表示為

忽略定子電流中的諧波，三相定子繞組電流可以表示為

式中：ix和θx(x＝a,b,c)分別是定子電流ix的幅值和初始相位角。

將式(9)代入式(8)可得

式中v1和α是零序電壓v0,m中基波的幅值和初始相位角，且表示為

式中：v1和α是零序電壓中基波的幅值和初始相位角，ia和θa是定子電流ia中的幅值和初始相位角，ib和θβ是定子電流中ib中的幅值和初始相位角，δra和δrb是a相和b相定子繞組的電阻偏差。其中，a和b是中間變量。

從式(11)可以看出v1和α與定子電流和電阻偏差有直接的關(guān)系。由于零序電壓v0,m和定子電流中基波的幅值和初始相位角可以直接計(jì)算得到，因此，將它們代入到式(11)中，就建立了關(guān)于電阻偏差δra和δrb的二元二次方程組，通過求解該方程組就能得到每相繞組的電阻偏差。另外，需要注意的是二元二次方程組很有可能有多組實(shí)數(shù)解和多組復(fù)數(shù)解。在本發(fā)明中，只考慮實(shí)數(shù)解，并且需要確定一組合適的實(shí)數(shù)解。為了解決這個(gè)問題，定義相位差dx(x＝a,b,c)如下：

表1給出了相電阻偏差和相位差之間的關(guān)系。

表1

因此，利用表1可以確定二元二次方程組合適的實(shí)數(shù)解，即為每相繞組的電阻偏差δra、δrb和δrc。為了方便分析，對電阻偏差作進(jìn)一步處理為

δrj＝δrj-min([δra,δrb,δrc])j＝a,b,c(13)

因此，利用電阻偏差δra、δrb和δrc就能完成定子繞組電阻性失衡故障診斷、定位和故障程度估算。具體過程如下：當(dāng)相電阻偏差δra大于0時(shí)，表明永磁同步電機(jī)的a相有電阻性失衡故障發(fā)生；當(dāng)相電阻偏差δrb大于0時(shí)，表明永磁同步電機(jī)的b相有電阻性失衡故障發(fā)生；當(dāng)相電阻偏差δrc大于0時(shí)，表明永磁同步電機(jī)有的c相有電阻性失衡故障發(fā)生。另外，在故障情況下，利用電阻偏差δra、δrb或δrc確定故障程度。當(dāng)相電阻偏差不大于0時(shí)，表明永磁同步電機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

利用本發(fā)明提出的方法，不僅能夠診斷永磁同步電機(jī)子繞組電阻性失衡故障，而且能夠判斷故障相和故障程度。本發(fā)明提出的方法計(jì)算量小、易于實(shí)現(xiàn)、準(zhǔn)確度高、是一種能夠有效提高永磁同步電機(jī)安全和可靠性的故障診斷方法。

應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。