CN108680858A - 用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法和系统。该方法包括：记录电机额定负载电阻值、电机实际运行时的转速及负载电阻阻值；计算电机实际运行时相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值；计算电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值；根据电机额定负载电阻值、负载电阻阻值，相电流的基波分量稳态有效值，分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值，以及电机正常工况运行时对应转速下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值，计算在线监测值；将在线监测值与一报警值相比较，通过比较结果判断负载运行的电机是否发生转子失磁故障。本发明提出的监测方法对永磁同步电机转子失磁故障具有很高的灵敏度和可靠性。

Description

用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统主设备继电保护及在线监测技术领域，更具体地涉及一种用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法和系统。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，交流发电机通过整流为负载提供直流电源得到了广泛应用。尤其是多相(如六相、十二相)永磁同步发电机带整流负载系统，多相多分支结构具有减小每个分支所承受的负载电流、降低整流桥容量和减小直流脉动系数等优点，同时结合永磁同步发电机高功率密度、高转矩和高效率等的优点，能够为负载提供大功率、大容量以及高品质的直流电源，因此广泛应用于航空航天、船舶推进等移动体中。

由于多应用于移动体中，永磁同步发电机受安装空间狭小、运行工况负载、散热不及时以及机械振动的影响，很有可能因为温度过高和机械振动等原因出现永磁体失磁故障。一旦发生失磁故障，对于多分支永磁同步电机，电枢电流会急剧增加，造成电机温度进一步上升，使失磁故障进一步恶化。如果不及时发现，则有可能烧毁电机，继而直接威胁到机组人员的生命安全。因此有必要对永磁同步电机的转子失磁故障进行实时在线监测与诊断。

研究表明，永磁转子发生局部失磁(实际中，永磁转子发生均匀的对称性失磁故障的概率非常小)后，电机运行过程中，1对极电机中会出现2次、4次……等偶数次故障附加谐波磁场分量，多对极电机气隙磁场中会出现1/P次、2/P次……等分数次故障附加谐波磁场分量(P为电机极对数)，并且不论1对极还是多对极电机，气隙磁场的基波磁场分量都会有所减小。因此，发生转子失磁故障后，定子同相各分支电流不再相等，1对极电机相绕组内部分支会出现2次、4次……等偶数次谐波不平衡电流，多对极电机分支绕组中会出现1/P次、2/P次……等分数次谐波不平衡电流，这是(多分支)永磁电机转子失磁的特有故障特征。

电励磁的同步发电机，当电机转子发生励磁绕组匝间短路时，虽然励磁电流会有所增大，但是由于励磁绕组的有效匝数减少，在外加励磁电压不变的情况下，励磁电流产生的空间基波磁场的幅值基本不变。而在永磁电机中，发生失磁故障的转子所产生的激磁磁场，不仅失去了正常时的空间对称性、而且其中的空间基波磁场幅值也随之减小。因此，在设计电机转子故障在线监测判据时，相比电励磁电机，永磁电机还可以将空间基波磁场随永磁转子失磁而减小的故障特征量加入到判据中，从而使判据更加灵敏。

基于分支电流谐波分量的传统监测判据(针对多对极电机)为：I_1/P次、I_2/P次……等为电机运行时，某一分支电流(或某几个分支电流和)中1/P次、2/P次……等分数次谐波分量有效值的监测值；n为电机实际运行转速；n_N为额定转速；K_tol为可靠系数，1.5≤K_tol≤3；I_{e_1/P}次、I_{e_2/P}次……等为电机正常额定工况下，该分支电流(或某几个分支电流和)的1/P次、2/P次……等分数次谐波固有不平衡电流的有效值。由于传统监测方法主要针对电励磁电机，所以只考虑了转子故障引起的分支电流中分数次谐波或偶数次谐波分量的增加，并没有考虑到转子失磁引起空间基波磁场的减小。在每相多分支的永磁电机中，失磁故障的这个特征可以通过分支电流(或者相电流)中的基波分量稳态有效值与负载电阻的乘积表现出来，由此还可提高故障监测判据的灵敏性。

发明内容

考虑到上述问题而提出了本发明。本发明提供一种用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法和系统。

根据本发明一个方面，提供了一种用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法，包括：记录电机额定负载电阻值R_{dc_N}、电机实际运行时的转速n及负载电阻阻值R_dc；计算电机实际运行时相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值；计算电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值，其中，当所述永磁同步电机的极对数P＝1时，i为偶数；当所述极对数P≥2时，i为分数；根据所述电机额定负载电阻值R_{dc_N}、所述负载电阻阻值R_dc，所述相电流的基波分量稳态有效值，所述分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值，以及所述电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值，计算在线监测值C；将所述在线监测值C与一报警值相比较，通过比较结果判断负载运行的电机是否发生转子失磁故障。

优选地，所述方法还包括：将正常电机运行在不同转速工况下，从主保护配置的分支电流互感器预采样电机在不同转速下部分分支正常电流。

优选地，所述方法还包括：还包括：基于所述分支正常电流，对1对极电机，计算不同转速下预先设定的偶数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值；对多对极电机，计算不同转速下预先设定的分数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值。

优选地，所述方法还包括：对多对极电机，利用所述不同转速下预先设定的分数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值，通过二次多项式曲线拟合，得到电机正常工况运行时，特定分数次谐波固有不平衡电流分量稳态有效值随转速的变化曲线；对1对极电机，利用所述不同转速下预先设定的偶数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值，通过二次多项式曲线拟合，得到电机正常运行时，分支电流中特定偶数次谐波固有不平衡电流分量稳态有效值随转速的变化曲线。

优选地，计算电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值包括：通过记录的电机实际运行时的转速n，利用得到的所述变化曲线，查找电机正常工况运行时，对应转速下预先设定的偶数次谐波或分数次谐波固有不平衡电流分量有效值。

优选地，计算电机实际运行时相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值包括：于电机实际运行时，实时采集电机机端进入完全纵差保护的相电流，以及进入不完全纵差保护或者裂相横差保护的分支电流，基于所述相电流得到所述相电流的基波分量稳态有效值；基于所述分支电流，对于1对极电机，得到预先设定的偶数次谐波电流分量稳态有效值，对于多对极电机，得到预先设定的分数次谐波电流分量稳态有效值。

优选地，对于多对极电机，计算在线监测值C时，根据以下公式进行计算：

其中，P为极对数；a_s为每相分支数；I_{phase_1}为转速n下实际相电流中的基波分量稳态有效值；I_1/P、I_2/P、…、I_(2P-1)/P为转速n下实际分支电流中1/P、2/P、…、(2P-1)/P次分数次谐波分量稳态有效值；I_{normal_1/P}、I_{normal_2/P}、…、I_{normal_(2P-1)/P}为对应电机实际运行转速n的正常工况下分支电流中1/P、2/P、…、(2P-1)/P次分数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值；R_{dc_N}为电机额定负载电阻值，R_dc为实际运行时的负载电阻。

优选地，对于1对极电机，计算在线监测值C时，根据以下公式进行计算：

其中，P为极对数；a_s为每相分支数；I_{phase_1}为转速n下实际相电流中的基波分量稳态有效值；I₂、I₄和I₆为转速n下实际分支电流中2、4和6次偶数次谐波分量稳态有效值；I_{normal_2}、I_{normal_4}和I_{normal_6}为对应电机实际运行转速n的正常运行工况下分支电流中2、4和6次偶数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值；R_{dc_N}为电机额定负载电阻值，R_dc为实际运行时的负载电阻。

优选地，将所述在线监测值C与一报警值相比较，通过比较结果判断负载运行的电机是否发生转子失磁故障包括：将所述在线监测值C与报警值a作比较，当C≥a时，发出转子失磁故障的警报。

根据本发明另一方面，提供一种用于监测永磁同步电机转子失磁故障的系统，包括：电流检测装置，用于检测所述永磁同步电机运行时的各分支电流；转速检测装置，用于检测所述永磁同步电机的运行转速；存储装置，用于存储永磁同步电机的额定负载电阻值，永磁同步电机实际运行时的转速n及负载电阻阻值；处理器，连接所述电流检测装置、所述转速检测装置和所述存储装置，用于：对于各分支，于电机实际运行时，计算分支相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值；于电机正常工况运行时，计算对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值；根据所述电机额定负载电阻值、所述负载电阻阻值，所述相电流的基波分量稳态有效值，所述分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值，以及所述电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值，计算在线监测值C；以及将所述在线监测值C与一报警值相比较，通过比较结果判断负载运行的电机是否发生转子失磁故障。

根据本发明实施例的用于监测永磁电机转子失磁故障的方法和系统，利用分支电流中预定谐波分量，以及结合转子发生失磁故障时空间基波磁场的变化情况，实时监测永磁电机负载运行中的转子失磁故障。本发明提出的监测方法对永磁同步电机转子失磁故障，较传统基于分支电流的方法，具有更高的灵敏性。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1示出根据本发明一个实施例的用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法的示意性流程图；

图2示出永磁同步电机的常用主保护；

图3示出样机正常，分别带不同负载电阻运行时，分支电流i_A11中1/2次谐波固有不平衡分量有效值随转速变化情况；

图4示出样机正常，分别带不同负载电阻运行时，分支电流i_A11中3/2次谐波固有不平衡分量有效值随转速变化情况；

图5示出正常样机运行在额定转速1500r/min时，分支电流i_A11中的1/2和3/2次谐波固有不平衡分量有效值随负载电阻R_dc的变化情况；

图6示出永磁转子失磁5％的样机，运行在额定转速1500r/min时，分支电流i_A11中的1/2和3/2次故障特征谐波分量有效值随R_dc的变化情况；

图7示出永磁转子失磁5％的样机，负载电阻R_dc＝1.46Ω，分支电流i_A11中的1/2和3/2次故障特征谐波分量有效值随转速的变化情况；

图8示出样机不同失磁程度下，的值随负载电阻变化的仿真曲线(1500r/min)；

图9示出样机不同失磁程度下，的值随负载电阻变化的实验曲线(1500r/min)；

图10示出根据本发明一个实施例的永磁同步电机以及用于监测永磁同步电机转子失磁故障的系统的示意性框图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。

为了进一步提高对永磁同步发电机转子失磁故障在线监测方法的灵敏性，本发明提出了一种基于分支电流监测永磁同步电机转子失磁故障的改进方法。如图1所示，本发明提出的用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法，主要包括：步骤S110，记录电机额定负载电阻值R_{dc_N}、电机实际运行时的转速n及负载电阻阻值R_dc；步骤S120，计算电机实际运行时相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值；步骤S130，计算电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值，其中，当所述永磁同步电机的极对数P＝1时，i为偶数；当所述极对数P≥2时，i为分数；步骤S140，根据所述电机额定负载电阻值R_{dc_N}、所述负载电阻阻值R_dc，所述相电流的基波分量稳态有效值，所述分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值，以及所述电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值，计算在线监测值C；步骤S150，将所述在线监测值C与一报警值相比较，通过比较结果判断负载运行的电机是否发生转子失磁故障。

具体来说，对已配置了不完全纵差保护、裂相横差保护或零序电流型横差保护(如图2所示)的永磁同步电机，可从主保护配置的分支(组)电流互感器或者中性点间电流互感器中得到反映部分分支电流的采样信号，利用一定方法，如快速傅里叶分解(FFT)方法、最小二乘旋转不变法(TLS-ESPRIT)结合模拟退火算法(SAA)，得到1对极电机采样电流中各种偶数次谐波电流的稳态有效值，或者多对极电机采样电流中基波电流以及各分数次谐波电流的稳态有效值；同时可通过相电流互感器，用同样方法提取出相电流的基波分量稳态有效值。将这些电流分量的稳态有效值代入设定好的故障监测判据中，得到在线监测值，并与报警值相比较，通过比较结果判断负载运行的发电机是否发生永磁转子失磁故障。本发明的方法依次按照以下步骤进行：

(1)对正常的永磁同步发电机，带额定的或阻值固定的负载电阻，将发电机运行在不同转速工况下，对发电机进入不完全纵差保护、裂相横差保护的分支(组)电流或者进入零序电流型横差保护的中性点间电流，进行预采样，得到发电机在不同转速下部分分支正常电流的预采样信号，并储存为数据文件；

本发明描述的实施例中，将以多相电机第一个三相中A1相的第一个分支绕组(即分支绕组A1₁)为例进行说明。

(2)对第(1)步中不同转速下预采集的分支正常电流i_A11，利用一定方法(如FFT、TLS-ESPRIT+SAA)进行处理。对于1对极电机，得到不同转速下预采集分支正常电流i_A11中预先设定的2次、4次等偶数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值；对于多对极电机，得到不同转速下预采集分支正常电流i_A11中预先设定的1/P次、2/P次等分数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值；

(3)对于多对极发电机，利用第(2)步中得到的特定分数次谐波固有不平衡电流分量在不同转速下的稳态有效值，通过二次多项式曲线拟合，得到电机正常运行时，特定分数次谐波固有不平衡电流分量稳态有效值随转速的变化曲线。同样的方法，可以得到1对极电机正常运行时，分支电流中特定偶数次谐波固有不平衡电流分量稳态有效值随转速的变化曲线；

二次多项式曲线拟合过程如下：

1)给定数据点(n_i,I_i)(i＝0,1,…,m-1；m为采集的数据点数)；

2)设所求二次多项式为

3)构造函数

4)针对步骤3)中函数，分别对a_j(j＝0,1,2)求偏导数并令偏导数结果为零，得

即

5)通过第4)步得到关于a₀,a₁,a₂的线性方程组如下：

解上述关于a₀,a₁,a₂的线性方程组，即得二次多项式拟合曲线方程的系数。

无论1对极还是多对极电机，由于同相所有分支的偶数次或者分数次固有不平衡电流不会流过负载回路，在电机转速一定的情况下，分支电流中这些谐波分量的有效值基本不会随负载电阻的变化而变化。因此，在实际监测过程中得到某个负载阻值下的一组拟合曲线即可。

(4)电机实际运行时，实时采集发电机机端进入完全纵差保护的相电流，以及进入不完全纵差保护或者裂相横差保护的分支(组)电流或着进入零序电流型横差保护的中性点间电流，下面阐述中以A1相的相电流i_A1和分支绕组A1₁的电流采样信号i_A11为例。并记录此时电机的转速n以及负载电阻的阻值R_dc，并储存为数字文件；

(5)利用一定方法(如FFT、TLS-ESPRIT+SAA)对第(4)步中得到的A1相相电流i_A1进行处理，得到基波分量的稳态有效值；对得到的采样信号i_A11进行处理，对于1对极电机，得到预先设定的2次、4次等偶数次谐波电流分量的稳态有效值；对于多对极电机，得到预先设定的1/P次、2/P次等分数次谐波电流分量的稳态有效值；

(6)通过第(4)步中记录的电机实际运行转速n，利用第(3)步中得到的拟合曲线，查找电机正常运行时，对应转速下预先设定的偶数次谐波(P＝1)或分数次谐波(P>1)固有不平衡电流分量的有效值；

(7)对于多对极电机，将第(4)步中记录的负载电阻阻值R_dc、第(5)步中得到的电机实际运行时相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的分数次谐波电流分量稳态有效值和第(6)步中得到的电机正常时对应转速下预先设定的分数次谐波固有不平衡电流分量有效值代入下列故障监测判据中，计算得到在线监测值C。

其中，P为极对数；a_s为每相分支数；I_{phase_1}为转速n下实际相电流(比如i_A1)中的基波分量稳态有效值；I_1/P、I_2/P、…、I_(2P-1)/P为转速n下实际分支电流(比如i_A11)中1/P、2/P、…、(2P-1)/P次等分数次谐波分量稳态有效值的在线监测值；I_{normal_1/P}、I_{normal_2/P}、…、I_{normal_(2P-1)/P}为对应电机实际运行转速n的正常工况下分支电流(比如i_A11)中1/P、2/P、…、(2P-1)/P次等分数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值(不包括基波分量及奇数次谐波)；R_{dc_N}为额定负载电阻，R_dc为实际运行的负载电阻。

无论电机正常还是出现转子失磁故障，电机运行转速一定时，空间基波磁场的幅值基本不变，在分支绕组中感应出的感应电动势基波分量的幅值也基本不变。当负载电阻R_dc远大于定子绕组电阻时，负载电阻两端的电压相当于通过二极管导通两相线电压的有效值，因此，相电流中基波分量有效值与负载电阻的乘积为两相线电压基波的有效值，则相电流中基波分量有效值与负载电阻的乘积能够反映每相感应电动势的变化情况(即每相感应电动势幅值减小，相电流中基波分量有效值与负载电阻的乘积也会同时减小)。因为分支电流的基波有效值等于相电流基波有效值的(a_s为每相分支数)，因此，分支电流的基波有效值与负载电阻的乘积也能够反映每相感应电动势的变化情况(即每相感应电动势幅值减小，分支电流的基波有效值与负载电阻的乘积也会同时减小)。

当电机出现转子失磁故障时，电机运行转速一定的情况下，空间基波磁场的幅值比电机正常时要小，从而在每分支中感应出的感应电动势的基波分量幅值也会比电机正常时小，使得此时分支电流中的基波分量的稳态有效值与负载电阻的乘积(即)也会相应减小。因此，通过的值能够间接反映电机运行时气隙磁场中空间基波磁场的变化情况。故障监测判据中对除以R_{dc_N}只是对负载电阻进行标幺化处理，并不影响本身的变化特点。

对于1对极电机，将第(4)步中记录的负载电阻阻值R_dc、第(5)步中得到的电机实际运行时相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的偶数次谐波电流分量的稳态有效值和第(6)步中得到的电机正常时对应转速下预先设定的偶数次谐波固有不平衡电流分量有效值的在线监测值代入下列故障监测判据中，计算得到在线监测值C。

其中，P为极对数；a_s为每相分支数；I_{phase_1}为转速n下实际相电流(比如i_A1)中基波分量稳态有效值；I₂、I₄和I₆为转速n下实际分支电流(比如i_A11)中2、4和6次偶数次谐波分量稳态有效值的在线监测值；I_{normal_2}、I_{normal_4}和I_{normal_6}为对应电机实际运行转速n的正常运行工况下分支电流(比如i_A11)中2、4和6次等偶数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值；R_{dc_N}为额定负载电阻，R_dc为实际运行的负载电阻。

(8)通过第(7)步得到在线监测值C。理论上，电机正常运行时，C的值应该为零，考虑到实际中会存在一定误差，设置一个报警门槛值a(本发明中a取0.1)。将在线监测值C与报警门槛值a作比较，当C≥a时，发出转子失磁故障的警报，提示工作人员对电机进行检修。

以一台六相整流永磁同步发电机实验样机的实测数据和仿真数据，对本发明进行说明，实验样机的基本参数如表1所示。

表1实验样机基本参数

为方便测量样机运行过程中分支电流信号，样机定子绕组内部的六相(A1相、A2相、B1相、B2相、C1相、C2相)十二个分支(每相2个分支，比如A1相的A1₁分支与A1₂分支)首、末两端都从电机内部引出至外部接线面板。

理论上，永磁电机正常运行时，永磁转子产生的气隙磁场以空间基波为主，另外只包含较小的3次、5次等奇数次谐波磁场。但由于电机制造工艺误差等原因，实际运行中气隙磁场也有少量的其它谐波分量，比如在多对极电机中存在幅值很小的固有分数次谐波磁场，从而在绕组分支中感应出分数次感应电动势，由于这些分数次感应电动势在同相不同分支中大小相等、方向相反，所以在相绕组内部分支产生了分数次谐波不平衡电流。但同相各分支的分数次(以及偶数次)谐波电流之和，理论上等于0，不会进入到负载回路中。因此，在电机转速一定的情况下，这些不平衡电流的幅值大小随负载电阻的变化比较小(随负载电阻的减小，电枢反应的作用有所增强，引起磁场的不对称性略微严重，造成不平衡的分数次谐波电流略有增大)。同理，1对极发电机多采用整数槽绕组，每相2个并联分支的偶次谐波电流，理论上也是大小相等、方向相反，所以偶数次谐波电流也不会进入到负载回路中。

电机正常运行时，分支电流中的上述分数次谐波(或者偶数次谐波)固有不平衡电流，虽然非常小，但在设计故障判据必须考虑，从而避免监测误报警。

由绕组线圈的电抗X＝ωL可知，相绕组内部各分支的不平衡电流经过的等效阻抗Z＝R+X的数值与转速有关，当转速不变时等效阻抗不会发生变化；在低转速时，线圈电抗很小，电阻占主要地位，此时等效阻抗基本等于电阻的值；随着转速上升，电抗会不断增加，等效阻抗也会随之增大，当转速上升到较大值时，电抗占据主要地位，此时等效阻抗与转速基本呈正比。由于分支不平衡电流不经过负载回路，所以基本不受负载电阻大小的影响。因此，分支不平衡电流在电机转速不变时随负载电阻R_dc的变化很小(仅间接受电枢反应磁场的影响)。当电机运行转速不断增加时，分支绕组的分数次(或偶数次)感应电动势的有效值随转速增加不断增大，由于回路阻抗值增大，在同相不同分支的不平衡电流中，各分数次(或偶数次)谐波分量的幅值先随转速几乎线性增加、继而增加的斜率逐渐减小，在高转速段，分支电流的分数次(或偶数次)谐波大小几乎不再随转速增加而增大。这是因为在低转速段，等效阻抗中电阻占主导地位，随着电机转速增加，等效阻抗几乎不发生变化，而每分支的感应电动势会随着转速增加呈线性增长，所以在低转速段，分支电流中各分数次(或偶数次)谐波分量的幅值先随转速几乎线性增加；在高转速段，等效阻抗中电抗占主导地位，并且与感应电动势一样，都与转速几乎成正比，两者增加程度相互抵消，使得在高转速段，分支电流中各分数次(或偶数次)谐波大小几乎不再随转速增加而增大。

下面通过具体实施例对以上分析加以说明。

对六相整流永磁同步发电机实验样机正常时，接入不同的负载电阻R_dc，在每一个负载电阻工况下，使实验样机运行在不同转速，分别进行实验。得到不同的负载电阻R_dc下，分支电流i_A11中1/2和3/2次谐波固有不平衡电流的稳态有效值随转速变化情况，分别如图3和图4所示。

从图3和图4中可以看出，分支电流i_A11中的1/2和3/2次谐波固有不平衡电流有效值，在低转速段，随转速的增加呈线性增长；当转速增加到高转速段，随着转速的增加，谐波分量有效值增加的斜率逐渐减小，这与以上分析完全吻合。在图中还可以看出，在不同负载电阻条件下，虽然得到的曲线并不完全重合，但是曲线之间存在的差值比较小。

图5为样机在额定转速1500r/min下正常运行时，分支电流i_A11中的1/2和3/2次谐波固有不平衡电流的有效值随负载电阻R_dc的变化情况。从图4中的拟合曲线可以看出，当电机运行转速一定时，随着负载电阻的增加，分支电流i_A11中的1/2和3/2次固有不平衡谐波电流的有效值在逐渐减小。电机正常时，理论上，分支电流i_A11中的1/2和3/2次谐波分量的有效值不会随负载电阻的变化而变化，实验中出现上述现象的原因是：由于电机制造存在误差等原因，造成电机在正常运行过程中会存在一些不平衡因素(如转子出现很小偏心，虽然有一定的不平衡因素，但是不影响电机正常使用)，而这些不平衡因素会导致电机气隙磁场中出现1/2和3/2次等分数次谐波成分，而这些分数次谐波磁场分量就会在每相分支中产生对应次数的分数次谐波感应电动势，而这些感应电动势在相绕组分支中大小相等、方向相反，因此就会在分支绕组中产生一定幅值的1/2和3/2次等分数次谐波不平衡电流分量。随着负载电阻减小，分支电流中的电流会逐渐增大，使得电机运行时的电枢反应逐渐增强。因为电枢反应增强，使得气隙磁场的不对称性有所增加，使得气隙磁场中1/2和3/2次等分数次谐波磁场的幅值有所增加，最终导致分支电流中1/2和3/2次等分数次谐波不平衡电流分量的幅值有所增大。同时，气隙磁场的不对称性增加也会导致电机的机械振动加强，从而进一步使得分支电流中1/2和3/2次等分数次谐波分量的幅值变大。

在电机运行转速固定时，虽然分支电流中1/2和3/2次等分数次谐波固有不平衡电流的有效值会随负载电阻的增大有所减小，但是其减小的范围很小，因此，在实际监测过程中只需要得到一组拟合曲线即可。

对永磁转子失磁5％的实验样机进行实验，转速运行在额定转速1500r/min，得到分支电流i_A11中的1/2和3/2次谐波分量的有效值随R_dc的变化情况，如图6所示。从图6中可以看出，当电机发生永磁转子不对称失磁时，在电机转速不发生变化的情况下，分支电流i_A11中的1/2和3/2次谐波分量的有效值随负载电阻R_dc的变化基本保持恒定，与上述分析一致。

对永磁转子失磁5％的实验样机，负载电阻R_dc＝1.46Ω，分别运行在不同的转速下进行实验，得到分支电流i_A11中的1/2和3/2次分数次谐波分量的有效值随转速变化情况的实验结果，如图7所示。从图中可以看出，1/2和3/2次分数次谐波分量有效值随转速的变化情况与理论分析的完全一致。

通过上述的实验示例可以看出，第一：当实验样机转速一定时，分支电流i_A11中的1/2和3/2次分数次谐波不平衡电流分量的有效值，随负载电阻变化基本保持不变；第二：当负载电阻一定时，分支电流i_A11中的1/2和3/2次分数次谐波不平衡电流分量的有效值随转速的增加并不是一直呈线性增长，而是在低转速段，随转速的增加呈线性增长；在高转速段，随转速的增加，增长的斜率逐渐减小。以上两点完全与理论分析相一致。通过上述理论分析和实验示例可知，在实际监测过程中，对电机正常时预先设定的谐波分量随转速变化的拟合曲线，只需要得到一组即可。

对实验样机正常、失磁5％和失磁15％三种情况下，电机运行在额定转速1500r/min工况时进行仿真计算，得到的值随负载电阻变化的曲线，如图8所示。由图8可以看出，负载电阻R_dc从很小值增大的过程中，的值一开始会随着负载电阻R_dc的增加快速上升；当负载电阻R_dc超过某个值时，随着负载电阻R_dc进一步增加，的值几乎不再增大，而是基本保持不变。这是因为当负载电阻R_dc很小时，电枢绕组中的电枢电流比较大，使得电机中电枢反应磁场比较大，而电枢反应磁场对气隙磁场有去磁的作用，因此负载电阻R_dc很小时，的值也比较小；而当负载电阻R_dc逐渐增大时，电枢绕组中的电枢电流逐渐减小，电枢反应产生的电枢反应电动势也逐渐减小，对气隙磁场的影响也逐渐减弱，最终的值随负载电阻R_dc的增大基本保持恒定值。

从图8中还可以看出，当电机转子出现失磁故障时，在电机运行转速不变的情况下，电机发生失磁故障时，的值要小于电机正常运行时的值，并且随着电机失磁程度的增加，的值小得更多。这是因为，当电机出现转子失磁故障时，在电机转速不变的情况下，空间基波磁场的幅值会减小，使得在分支绕组中感应电动势的基波分量有效值相应减小，而的值会随感应电动势基波分量有效值减小同时减小，并且随着电机失磁程度的增加，感应电动势基波分量有效值减小地越大，的值减小地越大。

对正常和转子失磁5％的实验样机分别进行实验，运行转速为额定转速(1500r/min)，得到的值随负载电阻变化的实验曲线，如图9所示。从图9中可以看出，实验结果与仿真结果基本吻合，在较大负载电阻下(R_dc>2.5·R_{dc_N})，的值随负载电阻的增大基本保持恒定值，且当电机发生失磁故障时，的值比电机正常时的值要小。

通过对实验样机分别进行实验和仿真分析，可以看出，分支电流i_A11中的基波分量的稳态有效值与负载电阻的乘积(即)随着永磁转子失磁程度的增加而减小，能够间接反映电机运行时空间基波磁场的幅值随转子失磁程度增加而减小的变化特点。

传统监测判据中，认为电机正常运行时分支电流中的分数次谐波固有不平衡电流的幅值与电机的运行转速成正比，因此，在设定报警值时，只预先测定电机在额定状态下运行的一组分支电流数据，通过与实际转速与额定转速的比值相乘，得到I_{normal_1/P}、I_{normal_2/P}……等等分数次谐波的有效值，认为分数次谐波有效值大小随转速上升呈线性增长。本发明所提出的新方法中，电机正常运行时，分支电流中的分数次谐波固有不平衡电流的有效值，是先通过对电机正常运行时，不同转速下的分支电流中的分数次谐波固有不平衡电流的有效值进行曲线拟合，得到分支电流中分数次谐波固有不平衡电流的有效值与电机运行转速关系的拟合曲线，然后通过电机实际运行的转速查找对应转速下分支电流中分数次谐波固有不平衡电流的有效值。这样使得判据中，电机正常运行时分数次谐波固有不平衡电流的有效值更加准确，更加接近实际情况，使判据更加可靠；同时，本发明还考虑了转子失磁引起的空间基波磁场幅值减小的故障特征，并且这一故障特征可以通过的值表现出来(即空间基波磁场幅值减小，的值也会减小)，将这一特征加入到判据中，使得判据的灵敏度增加。

将本发明实施例提供的用于监测永磁电机转子失磁故障的方法应用到该实验样机上，具体步骤如下：

(1)在实验样机带整流负载电阻、负载侧电阻一定的正常运行工况下(本发明中取负载电阻R_dc＝0.74Ω，理论上R_dc要大于0.5·R_{dc_N})，利用数字示波器等采集装置，预采集正常实验样机分别运行在不同转速下分支绕组A₁₁的分支电流i_A11，将采样时刻、采样值储存为数字文件；

(2)使用FFT方法，对第(1)步得到的不同转速下，预采集的分支电流i_A11进行处理，得到不同转速下分支电流i_A11中1/2次和3/2次谐波固有不平衡电流的有效值；

(3)利用第(2)步中得到的分支电流i_A11中1/2次和3/2次谐波固有不平衡电流有效值，通过二次多项式曲线拟合，分别得到1/2次和3/2次谐波固有不平衡电流有效值随转速变化的拟合曲线方程：

I_1/2＝0.007+3.3494·n×10^-4-1.0455·n²×10^-7(A)

I_3/2＝4.3607×10^-4+3.6441·n×10^-4-5.255·n²×10^-8(A)

(4)电机实际运行时，实时采集分支绕组A1₁的电流采样信号i_A11，记录此时电机的转速n以及负载电阻的阻值R_dc，并储存为数字文件；

(5)利用一定方法(如FFT、TLS-ESPRIT+SAA)对第(4)步中得到的采样信号i_A11进行处理，得到基波、1/2次和3/2次谐波电流分量有效值的在线监测值I_{A11_1}、I_1/2和I_3/2，由I_{phase_1}＝a_s·I_{A11_1}＝2I_{A11_1}得到A1相电流的基波分量的稳态有效值I_{phase_1}；

(6)通过第(4)步中记录的电机实际运行转速n，利用第(3)步中得到的曲线拟合方程，计算得到样机正常运行时，对应转速下1/2次和3/2次谐波固有不平衡电流有效值I_{normal_1/2}和I_{normal_3/2}；

(7)将第(4)步中记录得到负载电阻阻值R_dc，第(5)步中得到的1/2次和3/2次故障特征谐波电流有效值的在线监测值I_1/2和I_3/2、相电流基波有效值I_{phase_1}以及第(6)步中得到的I_{normal_1/2}和I_{normal_3/2}代入下列公式中，计算得到在线监测值C。

其中，每相分支数a_s＝2，额定电阻R_{dc_N}＝0.4Ω。

(8)比较第(7)步中得到的在线监测值C与报警门槛值a(本发明中a取0.1)的大小。若C＜a，说明电机正常；若C≥a时，发出转子失磁故障的警报，提示工作人员对电机进行检修。

针对实验样机，将本发明应用到以下两个具体实施例中。

第一个实施例：转子失磁5％的实验样机和正常实验样机，运行转速为600r/min，所带整流负载电阻R_dc＝1.22Ω。

第二个实施例：转子失磁5％的实验样机和正常实验样机，运行转速为1500r/min，所带整流负载电阻R_dc＝1.46Ω。

分别对转子失磁5％的实验样机和正常实验样机，在转速为600r/min、负载电阻R_dc＝1.22Ω和1500r/min、负载电阻R_dc＝1.46Ω两种工况下，分别对样机运行时分支绕组A1₁的分支电流i_A11进行采样。由于一般很难实现信号的同步采样，当电机因失磁故障等原因引起运行转速波动时，如果采用传统的FFT方法处理采样信号，得到各次谐波分量有效值的误差较大。因此，本示例中利用最小二乘旋转不变法(TLS-ESPRIT)结合模拟退火算法(SAA)对转子失磁5％的实验样机采集到的分支电流信号i_A11进行处理(具体计算过程此处不再详细阐述)。

针对第一个实施例：

对转子失磁5％的实验样机，在转速为600r/min、负载电阻R_dc＝1.22Ω工况下，得到的分支电流i_A11的采样数据，利用TLS-ESPRIT+SAA算法进行处理，得到相电流i_A1的基波分量I_{phase_1}＝4.8282A，分支电流i_A11中1/2和3/2次谐波故障特征谐波分量的有效值分别为I_1/2＝5.1464A和I_3/2＝3.994A。通过第(3)步得到的1/2和3/2次谐波固有不平衡电流的有效值随转速变化的曲线拟合方程，计算得到对应转速的I_{normal_1/2}＝0.1703457142857A和I_{normal_3/2}＝0.20016542857A。将R_dc、I_{phase_1}、I_1/2、I_3/2、I_{normal_1/2}和I_{normal_3/2}的值代入到第(7)步的公式中，计算得到C＝5.5252，此时C＞a＝0.1，监测会发出报警信号，提示工作人员电机出现转子失磁故障。

对正常实验样机，转速为600r/min、负载电阻R_dc＝1.22Ω工况下，得到的分支电流i_A11利用FFT进行处理，得到相电流i_A1的基波分量I_{phase_1}＝5.116988A，分支电流i_A11中1/2和3/2次谐波分量的有效值分别为I_1/2＝0.169643A和I_3/2＝0.1984313A。通过第(3)步得到的1/2和3/2次谐波固有不平衡电流的有效值随转速变化的曲线拟合方程，计算得到对应转速的I_{normal_1/2}＝0.1703457142857A和I_{normal_3/2}＝0.20016542857A。将R_dc、I_{phase_1}、I_1/2、I_3/2、I_{normal_1/2}和I_{normal_3/2}的值代入到第(7)步的公式中，计算得到C＝0.0244，此时C＜a＝0.1，监测不会误报警。

针对第二个实施例：

对转子失磁5％的实验样机，在转速为1500r/min、负载电阻R_dc＝1.46Ω工况下，得到的分支电流i_A11的采样数据，利用TLS-ESPRIT+SAA算法进行处理，得到相电流i_A1的基波分量I_{phase_1}＝10.50774A，分支电流i_A11中1/2和3/2次故障特征谐波分量的有效值分别为I_1/2＝8.56144A和I_3/2＝8.6849A。通过第(3)步得到的1/2和3/2次谐波固有不平衡电流的有效值随转速变化的曲线拟合方程，计算得到对应转速的I_{normal_1/2}＝0.274196071428571A和I_{normal_3/2}＝0.4288175A。将R_dc、I_{phase_1}、I_1/2、I_3/2、I_{normal_1/2}和I_{normal_3/2}的值代入到第(7)步的公式中，计算得到C＝3.9712，此时C＞a＝0.1，监测会发出报警信号，提示工作人员电机出现转子失磁故障。

对正常实验样机，转速为1500r/min、负载电阻R_dc＝1.46Ω工况下，得到的分支电流i_A11利用FFT进行处理，得到相电流i_A1的基波分量I_{phase_1}＝12.62936A，分支电流i_A11中1/2和3/2次谐波分量的有效值分别为I_1/2＝0.25486A和I_3/2＝0.37336A。通过第(3)步得到的1/2和3/2次谐波固有不平衡电流的有效值随转速变化的曲线拟合方程，计算得到对应转速的I_{normal_1/2}＝0.274196071428571A和I_{normal_3/2}＝0.4288175A。将R_dc、I_{phase_1}、I_1/2、I_3/2、I_{normal_1/2}和I_{normal_3/2}的值代入到第(7)步的公式中，计算得到C＝0.0634，此时C＜a＝0.1，监测不会误报警。

从上述两个实施例中可以看出，本发明提出的监测方法对转子失磁5％的实验样机进行监测时，能够灵敏地判断出永磁转子失磁故障；并且对正常的实验样机运行在相同工况下进行监测时，不会出现误报警的情况，具有很高的可靠性。同时可以计算得到，应用本发明中提出的新方法处理第一种故障工况时，其灵敏度为55.252处理第二种故障工况时，其灵敏度为39.712。

传统思路的故障判据中不考虑电机出现转子失磁故障时分支电流中基波分量的变化，认为第(7)步中I₁的值是一定的，相应的监测值：

如果按照上式的传统判据，此时再对两种故障工况进行处理时，得到前面两个实施例的失磁故障监测灵敏度分别为52.133和33.0408。通过比较发现，本发明中提出的新的监测方法，灵敏度要高于传统思路的监测方法。

通过以上计算和分析，说明了本发明实施例提出的一种基于分支电流监测永磁同步发电机转子失磁故障的改进方法，较传统基于分支电流监测的方法，灵敏度更高。同时，当正常运行时，该发明提出的故障监测判据不会误动作，保证了监测的可靠性。

根据本发明另一方面，提供一种用于监测永磁同步电机转子失磁故障的系统。图10示出根据本发明一个实施例的永磁同步电机1210以及用于监测永磁电机转子失磁故障的系统1220的示意性框图。如图10所示，系统1220包括电流检测装置1221、存储装置1222、转速检测装置1223和处理器1224。

电流检测装置1221，一般由主保护配置的电流互感器实现(参见图2)，用于检测永磁同步电机1210运行时的各分支电流，可以是任何能够(实时)检测电流的装置，包括但不限于上文所述的数字示波器。

转速检测装置1223，用于检测永磁同步电机1210的运行转速。转速检测装置1223可以是任何能够检测电机转速的装置，例如转速仪、旋转编码器等。

存储装置1222，用于存储永磁同步电机的额定负载电阻值，永磁同步电机实际运行时的转速n及负载电阻阻值。

处理器1224，连接电流检测装置1221、转速检测装置1223和存储装置1222，用于：对于各分支，于电机1210实际运行时，计算分支相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值；于电机1210正常工况运行时，计算对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值；根据电机1210额定负载电阻值、所述负载电阻阻值，所述相电流的基波分量稳态有效值，所述分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值，以及电机1210正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值，计算在线监测值C；以及将所述在线监测值C与一报警值相比较，通过比较结果判断负载运行的电机是否发生转子失磁故障。

处理器1224可以是中央处理单元(CPU)、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(FPGA)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制所述系统1220中的其它组件以执行期望的功能。处理器1224与电流检测装置1221和转速检测装置1223中的任何一者之间的连接可以是直接或间接连接。例如，处理器1224可以通过数据传输线与电流检测装置1222和转速检测装置1223中的任何一者连接，也可以通过无线方式(即网络)与电流检测装置1222和转速检测装置1223中的任何一者连接。

根据本发明实施例，系统1220还可以包括：输出装置(未示出)，用于在确定永磁同步电机1210发生转子失磁故障的情况下，输出报警信息。

输出装置可以向外部(例如用户)输出各种信息(例如图像和/或声音)。输出装置可以包括有线或无线网络接口、显示器、扬声器、蜂鸣器、闪光灯等中的一个或多个。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的用于监测永磁电机转子失磁故障的系统中的一些模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法，其特征在于，包括：

记录电机额定负载电阻值R_{dc_N}、电机实际运行时的转速n及负载电阻阻值R_dc；

计算电机实际运行时相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值；

计算电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值，其中，当所述永磁同步电机的极对数P＝1时，i为偶数；当所述极对数P≥2时，i为分数；

根据所述电机额定负载电阻值R_{dc_N}、所述负载电阻阻值R_dc，所述相电流的基波分量稳态有效值，所述分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值，以及所述电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值，计算在线监测值C；

将所述在线监测值C与一报警值相比较，通过比较结果判断负载运行的电机是否发生转子失磁故障。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将正常电机运行在不同转速工况下，从主保护配置的分支电流互感器中预采样电机在不同转速下部分分支正常电流。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

基于所述分支正常电流，对1对极电机，计算不同转速下预先设定的偶数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值；对多对极电机，计算不同转速下预先设定的分数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

对多对极电机，利用所述不同转速下预先设定的分数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值，通过二次多项式曲线拟合，得到电机正常工况运行时，特定分数次谐波固有不平衡电流分量稳态有效值随转速的变化曲线；对1对极电机，利用所述不同转速下预先设定的偶数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值，通过二次多项式曲线拟合，得到电机正常运行时，分支电流中特定偶数次谐波固有不平衡电流分量稳态有效值随转速的变化曲线。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，计算电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值包括：

通过记录的电机实际运行时的转速n，利用得到的所述变化曲线，查找电机正常工况运行时，对应转速下预先设定的偶数次谐波或分数次谐波固有不平衡电流分量有效值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，计算电机实际运行时相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值包括：

于电机实际运行时，实时采集电机机端进入完全纵差保护的相电流，以及进入不完全纵差保护或者裂相横差保护的分支电流，基于所述相电流得到所述相电流的基波分量稳态有效值；基于所述分支电流，对于1对极电机，得到预先设定的偶数次谐波电流分量稳态有效值，对于多对极电机，得到预先设定的分数次谐波电流分量稳态有效值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对于多对极电机，计算在线监测值C时，根据以下公式进行计算：

其中，P为极对数；a_s为每相分支数；I_{phase_1}为转速n下实际相电流中的基波分量稳态有效值；I_1/P、I_2/P、…、I_(2P-1)/P为转速n下实际分支电流中1/P、2/P、…、(2P-1)/P次分数次谐波分量稳态有效值；I_{normal_1/P}、I_{normal_2/P}、…、I_{normal_(2P-1)/P}为对应电机实际运行转速n的正常工况下分支电流中1/P、2/P、…、(2P-1)/P次分数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值；R_{dc_N}为电机额定负载电阻值，R_dc为实际运行时的负载电阻。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对于1对极电机，计算在线监测值C时，根据以下公式进行计算：

其中，P为极对数；a_s为每相分支数；I_{phase_1}为转速n下实际相电流中的基波分量稳态有效值；I₂、I₄和I₆为转速n下实际分支电流中2、4和6次偶数次谐波分量稳态有效值；I_{normal_2}、I_{normal_4}和I_{normal_6}为对应电机实际运行转速n的正常运行工况下分支电流i_A11中2、4和6次偶数次谐波固有不平衡电流分量的稳态有效值；R_{dc_N}为电机额定负载电阻值，R_dc为实际运行时的负载电阻。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述在线监测值C与一报警值相比较，通过比较结果判断负载运行的电机是否发生转子失磁故障包括：

将所述在线监测值C与报警值a作比较，当C≥a时，发出转子失磁故障的警报。

10.一种用于监测永磁同步电机转子失磁故障的系统，其特征在于，包括：

电流检测装置，用于检测所述永磁同步电机运行时的各分支电流；

转速检测装置，用于检测所述永磁同步电机的运行转速；

存储装置，用于存储永磁同步电机的额定负载电阻值，永磁同步电机实际运行时的转速n及负载电阻阻值；

处理器，连接所述电流检测装置、所述转速检测装置和所述存储装置，用于：对于各分支，于电机实际运行时，计算分支相电流的基波分量稳态有效值以及分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值；于电机正常工况运行时，计算对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值；根据所述电机额定负载电阻值、所述负载电阻阻值，所述相电流的基波分量稳态有效值，所述分支电流中预先设定的i次谐波电流分量稳态有效值，以及所述电机正常工况运行时对应转速n下预先设定的i次谐波固有不平衡电流分量有效值，计算在线监测值C；以及将所述在线监测值C与一报警值相比较，通过比较结果判断负载运行的电机是否发生转子失磁故障。