[发明专利]一种凸极永磁同步电机定子绕组匝间短路抗干扰故障诊断方法及系统

说明书

本发明公开了一种凸极永磁同步电机定子绕组匝间短路抗干扰故障诊断方法，所述方法包括采集凸极永磁电机三相绕组每一相的电流以及控制器信号；建立凸极永磁同步电机的故障描述模型；建立2N倍载波频段的开关电压谐波数学模型；根据故障描述模型和2N倍载波频段的开关电压谐波数学模型获得d轴和q轴的故障电流表达式；根据故障电流表达式的谐波分量获得对应轴向的故障诊断中间变量；所述获得所述故障诊断中间变量时，通过共轭相减消除定子绕组不对称干扰分量；根据故障诊断中间变量获得的定子匝间短路故障严重程度评估结果以及位置角度；所述故障绕组严重程度评估结果根据获得的抗扰故障严重程度参数与预设参数范围比较得出。

技术领域

本发明涉及故障诊断领域，更具体地，涉及一种凸极永磁同步电机定子绕组匝间短路抗干扰故障诊断方法及系统。

背景技术

随着社会对节能环保需求的日益增加，我国新能源电动汽车产业得到了快速发展。作为电动汽车的核心部件，逆变器驱动的高效闭环交流电机系统得到了技术人员的广泛关注。其中，凸极永磁同步电机具有高功率密度、大输出转矩的特点，在电动汽车牵引系统中具有广阔的应用前景。运行中的永磁电机通常处于强振动、高湿度甚至极端温度等恶劣工况，定子绕组长期处于多种应力的作用下，易引发局部过热、性能退化，致使绕组匝间出现短路故障。伴随故障的恶化电机绕组完全损毁，会对人身安全、财产安全造成严重危害。

为了避免上述恶性事故的发生，目前主要采用定子绕组人工例行检修进行故障诊断的方法。但是该方法不但耗费时间、经济成本，且难以应对行驶过程中的突发故障异常。近年来，基于状态信息参量的在线定子匝间短路故障诊断技术逐步兴起，但是受控制器闭环调节的影响，“负序分量、电流频谱特征分量”等传统电网驱动电机的诊断方法，并不能直接应用于逆变器驱动电机；为克服这一问题，研究人员提出了“阻抗参数法、模型参考法”等方案，通过综合电压、电流信息，以解耦闭环控制的干扰。但此方案虽可以对逆变器驱动电机进行故障诊断，但这类方案极易受到“非故障型定子电阻不对称”的干扰，而轻微的定子电阻不对称在电机中十分常见，这导致这类方案极易发生定子匝间短路故障的误判、错判，严重降低诊断结果的可靠性与有效性。

发明内容

为了解决背景技术存在的现有定子匝间短路故障诊断技术应用于逆变器驱动时极易受到非故障型定子电阻不对称的干扰，使得定子匝间短路故障发生误判和错判，诊断结果可靠性低的问题，本发明提供了一种凸极永磁同步电机定子绕组匝间短路抗干扰故障诊断方法及系统，所述方法及系统手闭环控制影响小，仅利用电机电流信号与控制器内部信号，即可实现匝间短路故障诊断，且同时具备定子电阻不对称干扰的抑制能力，使诊断结果不受定子电阻不对称的干扰；所述一种凸极永磁同步电机定子绕组匝间短路抗干扰故障诊断方法包括：

采集凸极永磁电机三相绕组每一相的电流以及控制器信号；所述控制器信号包括调制比信号、直流母线电压以及转子位置同步信号；

建立凸极永磁同步电机的故障描述模型；建立2N倍载波频段的开关电压谐波数学模型；

根据故障描述模型和2N倍载波频段的开关电压谐波数学模型获得d轴和q轴的故障电流表达式；所述故障电流表达式中同时包含绕组匝间短路故障分量以及定子电阻不对称干扰分量；

根据故障电流表达式的谐波分量获得对应轴向的故障诊断中间变量；所述获得所述故障诊断中间变量时，通过共轭相减消除定子绕组不对称干扰分量；

根据故障诊断中间变量获得的定子匝间短路故障严重程度评估结果以及位置角度；所述故障绕组严重程度评估结果根据获得的抗扰故障严重程度参数与预设参数范围比较得出；

其中，N为正整数；