CN103616572A - 一种电动汽车pmsm驱动系统缺相故障的诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于电动汽车永磁同步电机（PMSM）驱动系统缺相故障的诊断方法，该方法通过基于可检测的定子电流实现电动汽车PMSM驱动系统驱动故障的检测，能够在线实时诊断出PMSM驱动系统的缺相故障。本发明的缺相故障诊断方法能够适用电动汽车的运行工况，兼具有故障诊断速度快、诊断精度高等技术优势，易于与电驱动系统控制相集成实现电驱动系统的安全可靠运行。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车领域，适用于电动汽车PMSM电驱动系统的缺相故障的诊断方法。
背景技术
目前，环境和能源成为人们日益关注的问题。在汽车领域，高效、节能和环保的新能源汽车，已经成为汽车行业的必然发展趋势之一。电驱动系统能做到低能耗和零排放的目的，极具市场化前景。
电动汽车驱动电机多采用无刷直流电机（BLDCM）和永磁同步电机（PMSM），性能更为优越的PMSM越来越受到研究者和电动汽车制造商的青睐，作为新能源汽车核心零部件之一的PMSM驱动系统，其安全可靠运行至为关键。传统的故障检测及诊断方法相对简单，不能适用于新能源汽车的所有运行工况，故不能够达到新能源汽车高安全性、可靠性的要求。
电机的缺相故障通常采用以下三种方式：
1）在定子电流的半波周期内，对定子电流进行多次采样，瞬时值连续不为零则无断相，连续采样三次及以上的电流瞬时值均为零，则判定出现缺相故障；
2）通过负序电流来判定是否出现缺相故障；
3）根据三相电流不平衡度判断是否出现缺相故障。
第一种检测方法，由于电流传感器的检测精度，即使某相电流为零，传感器检测到的值也并不为零，需合理设定阈值；至于第二种检测方法，虽然能够用负序电流提取断相故障特征，但由于负序电流提取困难、电机启动过程存在负序电流及谐波影响负序电流阈值的合理选择；对于第三种检测方法，考虑到该方法需要计算三相电流的有效值，实现起来较为复杂，运行程序较耗资源，不能直接运用到电动汽车PMSM驱动系统的缺相故障诊断。
发明内容
本发明是为了克服现有技术存在的不足之处，提供一种高效简便的永磁同步电机驱动系统缺相故障的诊断方法，通过电驱动系统的安全可靠运行提升电动汽车的安全性和运行可靠性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种电动汽车PMSM驱动系统缺相故障的诊断方法，所述永磁同步电机驱动系统的组成包括：永磁同步电机、逆变器、电流传感器、位置传感器、缺相故障诊断模块和处理器模块。
所述电动汽车PMSM驱动系统缺相故障的诊断方法按如下步骤进行：
步骤1、基于电流传感器获取定子a相电流ia、定子b相电流ib，并利用式（1）获得定子c相电流ic；
ic=-(ia+ib) （1）
步骤2、对定子a相电流ia连续采样n(n≥5)个电流值i(ta1)、i(ta2)、…i(tan)，依照式（2）求取定子a相电流值的平方和∑Ia；
ΣIa=i2(ta1)+i2(ta2)+…i2(tan) （2）
同理，依照式（3）和式（4）分别求取定子b相电流值的平方和∑Ib和定子c相电流值的平方和∑Ic，其中(n≥5)；
ΣIb=i2(tb1)+i2(tb2)+…i2(tbn) （3）
ΣIc=i2(tc1)+i2(tc2)+…i2(tcn) （4）
步骤3、对步骤2算出的定子a相电流值的平方和∑Ia、定子b相电流值的平方和∑Ib和定子c相电流值的平方和∑Ic相比较，取出其中的最大值，记为三相电流的最大值∑Imax，取出其中的最小值，记为三相电流的最小值∑Imin；
步骤4、基于步骤3得到的三相电流的最大值∑Imax和三相电流的最小值∑Imin，利用式（5），求取三相电流的不平衡度δ；
δ=（∑Imax-∑Imin）/∑Imax×100% （5）
步骤5、基于步骤4中获得的三相电流的不平衡度δ实现PMSM驱动系统的缺相故障诊断；
电机正常运行时，由于定子a相电流ia、定子b相电流ib和定子c相电流ic对称，则三相电流的最大值∑Imax和三相电流的最小值∑Imin近似相等，三相电流的不平衡度δ近似为0；
电机出现缺相故障时，三相电流的最小值∑Imin为0，三相电流的不平衡度δ近似为1，考虑到实际电流传感器检测精度，缺相故障出现时，三相电流的最小值∑Imin为一较小值，即一旦三相电流的不平衡度δ≧0.9，则标志位置1，判定系统出现缺相故障；
否则重复上述步骤。
本发明的有益效果是：
1、通过采用电动汽车电机控制微处理器DSP，利用本发明构建的缺相故障诊断方法能够适用电动汽车的运行工况；
2、本发明的方法具有故障诊断速度快、诊断精度高、耗费资源少等技术优势，能够实现电驱动系统的安全可靠运行。
附图说明
图1为本发明PMSM驱动系统缺相故障诊断系统的结构示意图；
图2为本发明PMSM驱动系统缺相故障诊断系统的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式，做详细说明。
构建的PMSM驱动系统缺相故障诊断方法如图1所示，包括：永磁同步电机、逆变器、电流传感器、位置传感器、缺相故障诊断模块和处理器模块；
逆变器采用三相全桥电压型逆变器，利用处理器模块输出的逆变器控制信号，将永磁同步电机驱动系统外部直流电源提供的直流电转化为交流电，从而驱动永磁同步电机工作；电流传感器用于检测永磁同步电机的定子相电流；位置传感器用于检测永磁同步电机的转子位置；
电动汽车PMSM驱动系统短路故障的诊断流程框图如图2所示，详细思路按照如下过程进行：
步骤1、获取定子a相电流ia、定子b相电流ib和定子c相电流ic：
定子a相电流ia、定子b相电流ib是利用霍尔电流传感器、调理电路及ADC模块而得，并利用式（1）获得定子c相电流ic；
ic=-(ia+ib) （1）
步骤2、对定子a相电流ia连续采样n(n≥5)个电流值i(ta1)、i(ta2)、…i(tan)，依照式（2）求取定子a相电流值的平方和∑Ia；
ΣIa=i2(ta1)+i2(ta2)+…i2(tan) （2）
同理，依照式（3）和式（4）分别求取定子b相电流值的平方和∑Ib和定子c相电流值的平方和∑Ic其中的(n≥5)；
ΣIb=i2(tb1)+i2(tb2)+…i2(tbn) （3）
ΣIc=i2(tc1)+i2(tc2)+…i2(tcn) （4）
步骤3、对步骤2算出的定子a相电流值的平方和∑Ia、定子b相电流值的平方和∑Ib和定子c相电流值的平方和∑Ic相比较，取出其中的最大值，记为三相电流的最大值∑Imax，取出其中的最小值，记为三相电流的最小值∑Imin。
步骤4、基于步骤3得到的三相电流的最大值∑Imax和三相电流的最小值∑Imin，利用式（5），求取三相电流的不平衡度δ；
δ=（∑Imax-∑Imin）/∑Imax×100% （5）
步骤5、基于步骤4中获得的三相电流的不平衡度δ实现PMSM驱动系统的缺相故障诊断，电机正常运行时，由于定子a相电流ia、定子b相电流ib和定子c相电流ic对称，则三相电流的最大值∑Imax和三相电流的最小值∑Imin近似相等，三相电流的不平衡度δ近似为0；电机出现缺相故障时，三相电流的最小值∑Imin为0，三相电流的不平衡度δ近似为1，考虑到实际电流传感器检测精度，缺相故障出现时，三相电流的最小值∑Imin为一较小值，即一旦三相电流的不平衡度δ≧0.9，则标志位置1，判定系统出现缺相故障；否则重复上述步骤。
Claims (2)
1.一种电动汽车PMSM驱动系统缺相故障的诊断方法，其特征在于：所述永磁同步电机驱动系统的组成包括：永磁同步电机、逆变器、电流传感器、位置传感器、缺相故障诊断模块和处理器模块。
2.根据权利要求1所述的所述电动汽车PMSM驱动系统缺相故障的诊断方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤1、基于电流传感器获取定子a相电流ia、定子b相电流ib，并利用式（1）获得定子c相电流ic；
ic=-(ia+ib) （1）
步骤2、对定子a相电流ia连续采样n(n≥5)个电流值i(ta1)、i(ta2)、…i(tan)，依照式（2）求取定子a相电流值的平方和∑Ia；
ΣIa=i2(ta1)+i2(ta2)+…i2(tan) （2）
同理，依照式（3）和式（4）分别求取定子b相电流值的平方和∑Ib和定子c相电流值的平方和∑Ic；其中的(n≥5)；
ΣIb=i2(tb1)+i2(tb2)+…i2(tbn) （3）
ΣIc=i2(tc1)+i2(tc2)+…i2(tcn) （4）
步骤3、对步骤2算出的定子a相电流值的平方和∑Ia、定子b相电流值的平方和∑Ib和定子c相电流值的平方和∑Ic相比较，取出其中的最大值，记为三相电流的最大值∑Imax，取出其中的最小值，记为三相电流的最小值∑Imin；
步骤4、基于步骤3得到的三相电流的最大值∑Imax和三相电流的最小值∑Imin，利用式（5），求取三相电流的不平衡度δ；
δ=（∑Imax-∑Imin）/∑Imax×100% （5）
步骤5、基于步骤4中获得的三相电流的不平衡度δ实现PMSM驱动系统的缺相故障诊断；
电机正常运行时，由于定子a相电流ia、定子b相电流ib和定子c相电流ic对称，则三相电流的最大值∑Imax和三相电流的最小值∑Imin近似相等，三相电流的不平衡度δ近似为0；
电机出现缺相故障时，三相电流的最小值∑Imin为0，三相电流的不平衡度δ近似为1，考虑到实际电流传感器检测精度，缺相故障出现时，三相电流的最小值∑Imin为一较小值，即一旦三相电流的不平衡度δ≧0.9，则标志位置1，判定系统出现缺相故障；
否则重复上述步骤。
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