一種區(qū)分永磁同步電機(jī)定子繞組故障類型的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種區(qū)分永磁同步電機(jī)定子繞組故障類型的方法，用于解決永磁同步電機(jī)定子繞組故障診斷和故障類型區(qū)分的問題。其技術(shù)方案是：首先利用坐標(biāo)變換理論計(jì)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，判斷是否有定子繞組故障：如果Fs>thr，則有定子繞組故障，并且判斷故障類型和故障相；否則，沒有定子繞組故障。最后，判斷故障類型和故障相：在定子繞組故障情況下，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差來判斷故障類型和故障相。本發(fā)明計(jì)算簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，不僅能實(shí)時(shí)地診斷定子繞組故障，而且還能區(qū)分定子繞組故障類型和故障相。
【專利說明】一種區(qū)分永磁同步電機(jī)定子繞組故障類型的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種區(qū)分永磁同步電機(jī)定子繞組故障類型的方法。
【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(chǎng)合得到了廣泛關(guān)注和使用。
[0003]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，以定子繞組不對(duì)稱和匝間短路故障最為常見。當(dāng)發(fā)生早期的不平衡故障時(shí)，電機(jī)仍然可繼續(xù)運(yùn)行，但若不能及時(shí)檢測(cè)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。當(dāng)電機(jī)的定子繞組發(fā)生匝間短路會(huì)在短路回路中產(chǎn)生大量的渦流，如果這種故障在初期沒有被檢測(cè)到，故障就會(huì)加重，就會(huì)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(shí)地診斷永磁同步電機(jī)的定子繞組故障，并且能夠區(qū)分故障類型和故障相。
[0004]目前，已經(jīng)提出了一些方法來診斷永磁同步電機(jī)的定子繞組不對(duì)稱故障或匝間短路故障，其中最常用方法是基于定子電流信號(hào)的分析方法等。但是這種故障診斷方法存在一定的不足，一方面是定子繞組不對(duì)稱故障和匝間短路故障對(duì)定子電流的造成的影響基本相同，都會(huì)導(dǎo)致電流中出現(xiàn)負(fù)序電流和三次諧波，這種方法可以診斷出這兩種故障，但是不能區(qū)分出是哪一種故障類型和判斷出故障相；另一方面常用的信號(hào)分析技術(shù)有快速傅里葉變換(Fast Fo urier Transform, FFT)、短時(shí)傅里葉變換(Short-Time FourierTransform, STFT)、Wigner_Ville分布(Wigner-Ville Distribution, WVD)、小波變換、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Distribution, EMD)和階比分析等,這些信號(hào)分析技術(shù)的計(jì)算量比較大，不易進(jìn)行實(shí)時(shí)地故障診斷。
[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)明提供一種區(qū)分永磁同步電機(jī)定子繞組故障類型的方法，該方法不僅能診斷定子繞組故障，而且還能診斷故障類型和故障相；該方法計(jì)算簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)時(shí)地診斷定子繞組故障。
[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]一種區(qū)分永磁同步電機(jī)定子繞組故障類型的方法，包括如下步驟:
[0009](I)利用坐標(biāo)變換理論計(jì)算零序電壓V"中基波幅值V1和初相位Q1、零序電壓V0,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。，零序電壓V。，中基波的初相位與短路電流基波的初相位的差σ ;
[0010](2)判斷是否有定子繞組故障:如果零序電壓\_?中基波幅值V1與零序電壓Vtlm中三次諧波的幅值V3的比值Fs大于第一閾值thr，即
【權(quán)利要求】
1.一種區(qū)分永磁同步電機(jī)定子繞組故障類型的方法，其特征在于:該方法的步驟為: (1)利用坐標(biāo)變換理論計(jì)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。，零序電壓Vtlni中基波的初相位與短路電流基波的初相位差σ ; (2)判斷是否有定子繞組故障:如果零序電壓Vtlm中基波幅值V1與零序電壓\m中三

次諧波的幅值V3的比值Fs大于第一閾值thr，即:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種區(qū)分永磁同步電機(jī)定子繞組故障類型的方法，其特征在于:所述步驟(1)利用坐標(biāo)變換理論計(jì)算零序電壓\m中基波的幅值和初相位幅值和相位，其方法為:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種區(qū)分永磁同步電機(jī)定子繞組故障類型的方法，其特征在于:第一閾值thr，第二閾值Θ thr和第三閾值θ 確定方法分別為: 對(duì)于第一閾值thr，首先在永磁同步電機(jī)正常工作情況下，記錄下零序電壓Vtlm中基波幅值V1與零序電壓Vtlm中三次諧波的幅值V3的比值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(shí)候進(jìn)行調(diào)用；對(duì)于第二閾值Θ thl.，將其設(shè)置為2 ； 對(duì)于第三閾值，將其設(shè)置為20。
【文檔編號(hào)】G01R31/06GK103487719SQ201310425524
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:東南大學(xué)