[发明专利]一种区分永磁同步电机定子绕组故障类型的方法

说明书

技术领域

本发明属于故障诊断技术领域，尤其是一种区分永磁同步电机定子绕组故障类型的方法。

背景技术

永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)具有功率密度高、效率高、转矩惯量比大、调速范围宽等优点。近年来，在风力发电、升降机驱动等大功率以及电动汽车和数控机床等高新能应用场合得到了广泛关注和使用。

永磁同步电机工作时，具有复杂的机电能量转换过程，在长期运行中，受负载工况和运行环境的影响，某些部件会逐渐失效或损坏。它的典型故障部件包括定子绕组、变换器、电机轴承以及控制系统的关键传感器等，其中电机中38%的故障是由定子绕组引起的。在定子绕组故障中，以定子绕组不对称和匝间短路故障最为常见。当发生早期的不平衡故障时，电机仍然可继续运行，但若不能及时检测而导致故障严重程度加剧，会引起电机转速等产生震荡。当电机的定子绕组发生匝间短路会在短路回路中产生大量的涡流，如果这种故障在初期没有被检测到，故障就会加重，就会导致接地短路或相与相之间的短路，使电机的温度不断增加，最后导致电机完全损坏。因此，需要及时地诊断永磁同步电机的定子绕组故障，并且能够区分故障类型和故障相。

目前，已经提出了一些方法来诊断永磁同步电机的定子绕组不对称故障或匝间短路故障，其中最常用方法是基于定子电流信号的分析方法等。但是这种故障诊断方法存在一定的不足，一方面是定子绕组不对称故障和匝间短路故障对定子电流的造成的影响基本相同，都会导致电流中出现负序电流和三次谐波，这种方法可以诊断出这两种故障，但是不能区分出是哪一种故障类型和判断出故障相；另一方面常用的信号分析技术有快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）、短时傅里叶变换（Short-Time Fourier Transform,STFT）、Wigner-Ville分布（Wigner-Ville Distribution,WVD）、小波变换、经验模态分解（Empirical Mode Distribution,EMD）和阶比分析等，这些信号分析技术的计算量比较大，不易进行实时地故障诊断。

专利内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种区分永磁同步电机定子绕组故障类型的方法，该方法不仅能诊断定子绕组故障，而且还能诊断故障类型和故障相；该方法计算简单，易于实现，可以实时地诊断定子绕组故障。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的方案为：

一种区分永磁同步电机定子绕组故障类型的方法，包括如下步骤：

（1）利用坐标变换理论计算零序电压V_0,m中基波幅值V₁和初相位θ₁、零序电压V_0,m中三次谐波的幅值V₃，三相相电流基波的初相位θ_a，θ_b，θ_c，零序电压V_0,m中基波的初相位与短路电流基波的初相位的差σ；

（2）判断是否有定子绕组故障：如果零序电压V_0,m中基波幅值V₁与零序电压V_0,m中三次谐波的幅值V₃的比值Fs大于第一阈值thr，即则有定子绕组故障，并且判断故障类型和故障相；否则，没有定子绕组故障；