[发明专利]一种双余度永磁同步电机线圈匝间短路故障在线诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于瞬时功率理论的双余度永磁同步电机线圈匝间短路故障在线诊断方法。当某套三相绕组发生线圈匝间短路故障后，故障线圈所在相的等效电阻、等效电感和等效感应电动势均将发生相应变化，使得在进行3/2静止坐标系变换时故障套绕组参数有别于正常套三相绕组参数，由于两套三相绕组的电流近乎相等，最终导致故障套三相绕组消耗瞬时有功功率或瞬时无功功率的情况区别于正常套三相绕组。该方法根据电机当前处于制动或电动状态，实时计算最近有限个采样控制周期内两套绕组的瞬时有功功率之差或瞬时无功功率之差的平均值绝对值的大小、正负及电机正反转状态在线判断出哪套三相绕组发生了线圈匝间短路故障。

技术领域

本发明属于电机故障诊断领域，具体涉及一种基于瞬时功率理论的双余度永磁同步电机线圈匝间短路故障在线诊断方法。

背景技术

永磁同步电动机具有运行可靠、结构简单、功率因数和效率高等优点，但在航空、国防军事等需要高可靠性运行的领域，传统永磁同步电动机无法满足某些性能指标。研发人员为达到高可靠性的要求，将冗余思想运用到电机上，设计出双余度永磁电机。

本发明所涉及的各相绕组间无电磁耦合低热耦合双余度永磁同步电动机消除了电磁耦合的问题，使两套绕组互不干扰，更加接近于“独立”运行，大大提高了系统运行的可靠性。在逆变器供电的永磁同步电动机驱动系统中，匝间短路引起的定子绕组故障是最常见的电气故障。在少量线匝之间发生短路时不会对电机运行产生显著的影响。但在短路初期如果不对其进行检测诊断，情况可能会逐渐恶化导致相绕组接地，在短路回路中产生很大的短路电流，形成很高的绕组温度。因此需要对匝间短路进行及时检测，切断故障套绕组以防故障形势进一步恶化。由于电流调节器的调整所得非常快，双余度永磁同步电动机与发生匝间短路时前者正常套与故障套绕组的电流几乎无差别，许多以电流为故障特征的诊断方法不适合各相绕组间无电磁耦合低热耦合双余度永磁同步电动机。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有方法的不足，基于瞬时功率理论，根据电机所处的运动状态，结合两套三相绕组之间的瞬时有功功率之差或瞬时无功功率之差的绝对值大小和正负情况，在线判断出哪套三相绕组发生了匝间短路故障。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种双余度永磁同步电机线圈匝间短路故障在线诊断方法，基于瞬时功率理论、利用双余度永磁同步电动机控制系统实现对各相绕组间无电磁耦合低热耦合的双余度永磁同步电动机线圈匝间短路故障在线诊断；

所述的双余度永磁同步电动机控制系统包括：一台各相绕组间无电磁耦合低热耦合的双余度永磁同步电动机、永磁转子位置传感器、直流电源、两台逆变器、电流传感器和以DSP芯片为核心的控制器；所述直流电源用于给两台逆变器同时供电，所述永磁转子位置传感器用于将双余度永磁同步电动机转子的位置信息传输至以DSP芯片为核心的控制器，该以DSP芯片为核心的控制器产生PWM控制脉冲控制逆变器上功率管的开关状态；所述两台逆变器分别为各相绕组间无电磁耦合低热耦合的双余度永磁同步定子上的两套Y接三相对称绕组供电，两套Y接三相对称绕组包括第一套三相绕组与第二套三相绕组；以DSP芯片为核心的控制器内至少集成有坐标变换、速度调节器、电流调节器、PWM生成、故障诊断及余度控制器等相关程序；

所述的双余度永磁同步电动机控制系统采用直轴电流给定为零的SVPWM发生器、且为速度电流双闭环调速系统，速度调节器和电流调节器均为具有比例积分特性的控制器；