[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

摘要

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。

主权项

1.一种双余度永磁同步电机线圈匝间短路故障在线诊断方法，其特征在于：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电动机定子上的两套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的程序；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；当两套Y接三相对称绕组无故障时，故障诊断及余度控制器发出命令允许两台逆变器各自为两套Y接三相绕组供电，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运行于双余度工作模式，所述的双余度永磁同步电动机控制系统按双余度工作模式控制程序运行，电机角速度为ω；永磁转子位置传感器将转子的位置信号传递给以DSP芯片为核心的控制器，以DSP芯片为核心的控制器将转子的位置信号转换为速度负反馈信号与给定转速比较后经速度调节器和电流调节器产生交轴电流给定信号此交轴电流给定作为两套Y接三相对称绕组共同的交轴电流给定信号；同样的，是两套Y接三相对称绕组共同的直轴电流给定信号；电流传感器检测两套Y接三相对称绕组的三相电流并经信号处理后将其传送给以DSP芯片为核心的控制器，结合转子位置信息经过坐标变换得到两套Y接三相对称绕组的交、直轴电流负反馈信号分别与各自的交、直轴电流给定信号比较，经各自的电流调节器分别生成两套Y接三相对称绕组的交、直轴电压给定信号；继而通过各自的坐标逆变换后得到两套Y接三相对称绕组在两相静止坐标系中的电压给定，再经SVPWM发生器产生两套六路PWM控制脉冲分别控制两台逆变器上的六只功率管器件的开关状态，两台逆变器输出三相电压为两套Y接三相对称绕组供电；在上述系统运行过程的同时，故障诊断及余度控制器不断进行着线圈匝间短路故障的在线诊断工作；在每一个PWM控制脉冲采样周期内，若电机处于电动运行状态，即时，计算第一套三相绕组与第二套三相绕组的瞬时无功功率差值△q；若电机处于制动运行状态，即时，计算第一套三相绕组与第二套三相绕组的瞬时有功功率差值△p；然后，依据电机处于电动运行状态还是制动运行状态，决定是求取最近K个PWM采样周期内两套三相绕组的瞬时无功功率差值算术平均值△q_av，还是瞬时有功功率差值算术平均值△p_av；再依照瞬时无功功率差值算术平均值△q_av或者瞬时有功功率差值算术平均值△p_av的绝对值大小作为是否发生匝间短路的判据；若瞬时无功功率差值算术平均值△q_av或者瞬时有功功率差值算术平均值△p_av的绝对值不超过所设定的两套三相绕组瞬时无功功率之差阈值或者两套三相绕组瞬时有功功率之差阈值，则认为两套Y接三相对称绕组均正常，所述的双余度永磁同步电动机控制系统仍按双余度工作模式控制程序运行；若瞬时无功功率差值算术平均值△q_av或者瞬时有功功率差值算术平均值△p_av超过所设定的两套三相绕组瞬时无功功率之差阈值或者两套三相绕组瞬时有功功率之差阈值，则判定发生了线圈匝间短路故障，紧接着判断两套Y接三相对称绕组中哪套三相绕组发生了匝间短路故障，具体判断方法如下：(1)当电机处于电动运行状态时，若电机角速度ω与瞬时无功功率差值算术平均值△q_av的乘积为正，即ω·△q_av>0，则判定第二套三相绕组发生匝间短路；若电机角速度ω与瞬时无功功率差值算术平均值△q_av的乘积为负，即ω·△q_av<0，则判定第一套三相绕组发生匝间短路；(2)当电机处于制动运行状态时，若瞬时有功功率差值算术平均值△p_av为正，即△p_av>0，则判定第一套三相绕组发生匝间短路；若瞬时有功功率差值算术平均值△p_av为负，即△p_av<0，则判定第二套三相绕组发生匝间短路；当判断出哪套三相绕组发生匝间短路后，故障诊断及余度控制器发出命令停止为发生了线圈电流故障的那套三相绕组供电的那台逆变器工作，另一台逆变器继续为正常的那套三相绕组供电，所述的双余度永磁同步电动机控制系统进入单余度工作模式，同时停止故障诊断及余度控制器的运行。