[发明专利]大功率永磁直驱电力机车用永磁同步电机失磁故障检测及保护方法

权利要求书

1.大功率永磁直驱电力机车用永磁同步电机失磁故障检测及保护方法，其特征在于：失磁故障检测包括以下步骤：

由电机稳态方程估算出转子磁链ψ_f，设定电机磁链设计值

依据以下判据判断失磁故障：

(1)轻微失磁故障：

a.如果则判定磁链存在异常；

b.如果|ψ_f-ψ_fi|≥Δψ’，ψ_fi为相邻电机估算出的转子磁链，则判定该永磁同步电机轻微失磁；否则为检测误差，不作处理；

(2)一般失磁故障：

a.如果则判定磁链一般异常；

b.如果|ψ_f-ψ_fi|≥Δψ”，则判定该永磁同步电机一般失磁；否则为检测误差，不作处理；

(3)严重失磁故障：

a.如果则判定磁链严重异常；

b.如果|ψ_f-ψ_fi|≥Δψ”’，则判定该永磁同步电机严重失磁；否则为检测误差，不作处理。

2.根据权利要求1所述的大功率永磁直驱电力机车用永磁同步电机失磁故障检测及保护方法，其特征在于：失磁故障保护按以下情况进行：(1)轻微失磁：考虑温度变化影响、磁链估算误差影响、或者轻微失磁状态，可以正常运行，无需维修；(2)一般失磁：降载运行，到站维修；(3)严重失磁：故障后隔轴，到站维修。

3.根据权利要求1或2所述的大功率永磁直驱电力机车用永磁同步电机失磁故障检测及保护方法，其特征在于：磁链计算时，由于大功率永磁同步电机中，电机内阻很小，只有几十毫欧，忽略电阻值R_s的影响，且当电机的d、q轴电流都为0时，此时的d轴电压为0，q轴电压全部由永磁体磁链的反电势产生，磁链估算公式为：

4.根据权利要求2所述的大功率永磁直驱电力机车用永磁同步电机失磁故障检测及保护方法，其特征在于：永磁同步电机的牵引控制系统包括如下部分：

整车控制单元：通过网络通讯，给牵引控制单元发布指令，包括机车运行模式、方向信号、级位信号、转矩命令；

牵引控制单元：利用传感器实时监测到的电压、电流、位置信号，通过牵引控制单元的高精度计算，实现对所述永磁同步电机的矢量控制；包括控制算法模块，用于计算理论控制电压；调制算法模块，用于将理论控制电压调制成PWM脉冲，作用于逆变器；

逆变器：用于实现直流电变换为频率和幅值可调的三相交流电；

位置及转速处理模块：由旋转变压器及位置信号处理单元组成，安装于永磁同步电机转子上，输出信号接入牵引控制单元，用于检测转子位置，并基于转子位置计算转子的角速度；

失磁故障检测及保护单元：实现永磁同步电机的失磁故障检测及保护功能，具体包括如下模块：

(1)永磁体磁链估算模块：在线估算磁链值；

(2)失磁状态判断模块，根据各轴磁链差值，及与磁链设计值对比，判断失磁故障及失磁程度；

(3)失磁故障保护模块，针对永磁体的不同失磁程度采取相应的保护控制策略。

5.根据权利要求4所述的大功率永磁直驱电力机车用永磁同步电机失磁故障检测及保护方法，其特征在于：针对大功率永磁直驱电力机车牵引控制系统，采用一种基于速度的分段矢量控制策略完成电流闭环控制，包括低速区的最大转矩电流比控制和高速区的弱磁控制。

6.根据权利要求5所述的大功率永磁直驱电力机车用永磁同步电机失磁故障检测及保护方法，其特征在于：最大转矩电流比控制针对系统在高加、减速工况下，d、q轴电流存在耦合会影响系统动态性能的问题，采用一种前馈解耦控制策略，实现对电流内环的高动态性能控制，前馈解耦是在控制算法模块的输出信号处，分别加上解耦电压项，从而抵消励磁、转矩电流间的耦合作用。