[发明专利]永磁同步电机定子不对称故障诊断方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机定子不对称故障诊断方法及系统，属于驱动电机状态检测与故障诊断领域。

背景技术

驱动电机是电动汽车的核心设备，是车辆行驶的动力来源，其可靠性直接影响着电动汽车的行车安全。永磁同步电机高功率密度、高效率、宽调速范围、较高的过载能力使其成为电动汽车驱动电机的理想选择，而我国又有着丰富的稀土资源，因此电动汽车驱动本体的永磁化是其驱动系统发展的重要趋势。但永磁同步电机与其它旋转电机一样，在长期连续运行过程中有可能会出现各种故障，严重影响电机运行的可靠性和安全性。永磁同步电机定子不对称故障是电机较为常见的故障，如定子绕组的绝缘受损、定子绕组匝间、股间、相间等各种短路、铁芯短路等。

电动汽车用永磁同步电机发生定子不对称故障时，将会在定子电流中产生负序分量，负序电流产生的负序磁场与转子旋转方向相反，负序电流产生的电磁转矩为制动性质的转矩，增加了转子中的附加损耗，致使电机输出电磁功率减少，效率降低，电机发热加剧。目前国内外基本上没有发现针对电动汽车用永磁同步电机定子不对称故障诊断的专门研究，文献中的研究主要集中在不对称故障后电机外部特性的研究和基于负序电流单一分量的传统电机定子不对称故障诊断方面的研究，这些研究有一定的局限性和不全面性，主要表现在：

（1）有部分学者对自起动永磁同步电机在三相不对称电压下的运行特性进行了研究，但其着重点在于分析永磁同步电机的外部性能，比如转矩、转速以及转子铜耗等，并未对负序分量进行研究，且立足点并非为不对称故障的诊断；

（2）利用负序分量对传统异步电机与同步电机定子匝间短路故障进行分析的相关文献中，其重点仅在于对负序电流或者负序电流相角差两个参数中的某一个参数进行分析，因负序电流易受负载大小及转速的影响，稳定性受到了一定的限制，降低了故障判断的准确性，因此，如何融合其他方法，提高故障诊断的准确性和稳定性，是亟需解决的问题之一；

（3）文献更多专注于基于定子电流特定谐波分析的某种特定原因引起的故障诊断方法，早期故障谐波信号较为微弱，电机运行环境不同，受外界信号干扰也不相同，如何有效地提取真实信号是一个值得深入研究的问题；不同信号处理方法都有着各自的优点和其使用范围，提取之后采用什么样的信号处理方法得到真实的谐波成分，此方面的研究百家争鸣，目前尚未有达到共识的分析方法，因此存在缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种永磁同步电机定子不对称故障诊断方法及系统，为对永磁同步电机定子不对称故障进行准确的诊断，尤其可用于对电动汽车中永磁同步电机的诊断。本发明对将基波负序电流最大相角偏差、基波负序电流幅值基波、负序阻抗进行标么值处理作为模糊逻辑判断的三个输入量，并根据其稳定性的强弱，分配不同的权值。3个输入量分为4个模糊子集，正常N（Normal）、轻微偏离正常值LD(Low deviation)、中等偏离正常值MD(Medium deviation)、严重偏离正常值HD(High deviation)，制定了相关的模糊规则，采用模糊推理机制进行推理，根据结果判断定子不对称故障及故障程度。该方法最大的优点就是不需要采集和处理大量的数据，适用于负荷变动情况下的动态在线监测，对多种原因引起的定子不对称故障均可进行诊断，适用范围广。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种永磁同步电机定子不对称故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤（1）、对采集的永磁同步电机定子三相电流信号和定子三相电压信号进行快速傅立叶FFT变换，得到三相电流和三相电压的基波分量；

步骤（2）、对所述三相电流和三相电压基波分量分别按对称分量分析方法进行计算，得到基波负序电流和基波负序电压；并根据基波负序电流获得基波负序电流幅值；

步骤（3）、根据所述基波负序电流和基波负序电压计算得到基波负序阻抗；根据所述基波负序电流幅值运用余弦定理得到基波负序电流相角差，并获得基波负序电流最大相角偏差；

步骤（4）、将所述基波负序电流最大相角偏差、基波负序电流幅值、基波负序阻抗作为模糊逻辑的三个输入量，再利用加权模糊逻辑算法进行分析，根据所述分析结果判断是否存在定子不对称故障。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤（4）中利用加权模糊逻辑算法进行分析具体为：

步骤（41）将所述基波负序电流最大相角偏差、基波负序电流幅值基波、负序阻抗作为模糊逻辑的三个输入量；