CN113064074B - 基于负序分量的永磁同步电机定子绕组故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于负序分量的永磁同步电机定子绕组故障诊断方法，该故障诊断方法具体包括以下步骤：步骤一：利用对称分量法分别计算三相定子电流和三相定子电压的负序分量；步骤二：将负序电压分量分解为两部分，进而计算出两部分差值的模；步骤三：利用两部分差值的模和定子电流Park矢量模定义故障特征量，通过观察故障特征量变化情况实现定子绕组不对称故障诊断；本发明提供的基于负序分量的永磁同步电机定子绕组不对称故障诊断方法，能够克服现有诊断方法的不足。本发明能够断定子绕组故障；本发明计算量小，易于实现。

Description

基于负序分量的永磁同步电机定子绕组故障诊断方法

技术领域

本发明属于故障诊断技术领域，具体涉及基于负序分量的永磁同步电机定子绕组故障诊断方法。

背景技术

永磁同步电机具有功率密度高、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，定子绕组不对称是一种常见的故障。当发生早期的故障时，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，如果这种故障在初期没有被检测到，故障就会加重，使电机的温度不断增加，最后导致电机完全损坏。因此，需要及时地诊断定子绕组故障。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，其中最常用方法是基于定子电流的分析方法等。但是这种故障诊断方法存在一定的不足，如灵敏度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供基于负序分量的永磁同步电机定子绕组故障诊断方法，不仅能诊断定子绕组不对称故障，且该方法计算简单，易于实现，灵敏度高。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于负序分量的永磁同步电机定子绕组故障诊断方法，该故障诊断方法具体包括以下步骤：

步骤一：利用对称分量法分别计算三相定子电流和三相定子电压的负序分量；

步骤二：将负序电压分量分解为两部分，进而计算出两部分差值的模；

步骤三：利用两部分差值的模和定子电流Park矢量模定义故障特征量，通过观察故障特征量变化情况实现定子绕组不对称故障诊断。

作为本发明进一步的方案：利用对称分量法计算三相定子电流的负序分量计算公式为：

利用对称分量法计算三相定子电压的负序分量计算公式为：

式中：i_NSC是三相定子电流(i_a,i_b,i_c)的负序分量，u_NSC是三相定子电压(u_a,u_b,u_c)的负序分量，

作为本发明进一步的方案：当定子绕组不对称故障发生在a，此时永磁同步电机的电压方程可以表示为：

式中：u_a，u_b和u_c为三相定子电压，u₀是零序电压，i_a，i_b和i_c为三相定子电流，L是定子绕组自感，M是定子绕组互感；R_s为定子电阻，R_{add_a}为故障导致的附加电阻；λ_PM,a，λ_PM,b和λ_PM,c是三相定子绕组的永磁磁链，其表示为：

式中：λ_PM,1是基波磁链的幅值，θ是转子电角度；

根据(1)-(4)可得定子绕组不对称故障发生时负序电压为：

将负序电压分解为两部分，即：

u_NSC,a＝u_NSC,h,a+u_NSC,f,a (6)

式中：u_NSC,h,a和u_NSC,f,a分别为负序电压的健康部分和故障部分。

作为本发明进一步的方案：根据公式(6)和(7)，可得负序电压两部分差值的模为：

U_NSC＝|u_NSC,h,a-u_NSC,f,a| (9)

定子电流Park矢量模为：

式中：i_d和i_q表示为：

故障特征量定义为：

当故障特征量大于阈值时，永磁同步电机有定子绕组不对称故障发生；当故障特征量不大于阈值时，永磁同步电机处于正常运行状态。

本发明的有益效果为：本发明提供的基于负序分量的永磁同步电机定子绕组不对称故障诊断方法，能够克服现有诊断方法的不足。本发明能够断定子绕组故障；本发明计算量小，易于实现。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

基于负序分量的永磁同步电机定子绕组故障诊断方法，该故障诊断方法具体包括以下步骤：

步骤一：利用对称分量法分别计算三相定子电流的负序分量和三相定子电压的负序分量；其计算公式为：

式中：i_NSC是三相定子电流(i_a,i_b,i_c)的负序分量，u_NSC是三相定子电压(u_a,u_b,u_c)的负序分量，

步骤二：将负序电压分量分解为两部分，进而计算出两部分差值的模；

当定子绕组不对称故障发生在a，此时永磁同步电机的电压方程可以表示为：

式中：u_a，u_b和u_c为三相定子电压，u₀是零序电压，i_a，i_b和i_c为三相定子电流，L是定子绕组自感，M是定子绕组互感；R_s为定子电阻，R_{add_a}为故障导致的附加电阻；λ_PM,a，λ_PM,b和λ_PM,c是三相定子绕组的永磁磁链，其表示为：

式中：λ_PM,1是基波磁链的幅值，θ是转子电角度；

根据(1)-(4)可得定子绕组不对称故障发生时负序电压为：

将负序电压分解为两部分，即：

u_NSC,a＝u_NSC,h,a+u_NSC,f,a (6)

式中：u_NSC,h,a和u_NSC,f,a分别为负序电压的健康部分和故障部分；

步骤三：利用两部分差值的模和定子电流Park矢量模定义故障特征量，通过观察故障特征量变化情况实现定子绕组不对称故障诊断；

根据(6)和(7)，可得负序电压两部分差值的模为：

U_NSC＝|u_NSC,h,a-u_NSC,f,a| (9)

定子电流Park矢量模为：

式中：i_d和i_q表示为：

故障特征量定义为：

通过观察故障特征量就能完成定子绕组不对称故障诊断。当故障特征量大于阈值时，表明永磁同步电机有定子绕组不对称故障发生；当故障特征量不大于阈值时，表明永磁同步电机处于正常运行状态。

利用本发明提出的方法，能够诊断永磁同步电机子绕组不对称故障。本发明提出的方法计算量小、易于实现、灵敏度高、是一种能够有效提高永磁同步电机安全和可靠性的故障诊断方法。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.基于负序分量的永磁同步电机定子绕组故障诊断方法，其特征在于，该故障诊断方法具体包括以下步骤：

步骤一：利用对称分量法分别计算三相定子电流的负序分量和三相定子电压的负序分量；

步骤二：将负序电压分量分解为两部分，进而计算出两部分差值的模；

步骤三：利用两部分差值的模和定子电流Park矢量模定义故障特征量，通过观察故障特征量变化情况实现定子绕组不对称故障诊断；

利用对称分量法计算三相定子电流的负序分量计算公式为：

利用对称分量法计算三相定子电压的负序分量计算公式为：

式中：i_NSC是三相定子电流(i_a,i_b,i_c)的负序分量，u_NSC是三相定子电压(u_a,u_b,u_c)的负序分量，

当定子绕组不对称故障发生在a，此时永磁同步电机的电压方程可以表示为：

式中：u_a，u_b和u_c为三相定子电压，u₀是零序电压，i_a，i_b和i_c为三相定子电流，L是定子绕组自感，M是定子绕组互感；R_s为定子电阻，R_{add_a}为故障导致的附加电阻；λ_PM,a，λ_PM,b和λ_PM,c是三相定子绕组的永磁磁链，其表示为：

式中：λ_PM,1是基波磁链的幅值，θ是转子电角度；

根据(1)-(4)可得定子绕组不对称故障发生时负序电压为：

将负序电压分解为两部分，即：

u_NSC,a＝u_NSC,h,a+u_NSC,f,a (6)

式中：u_NSC,h,a和u_NSC,f,a分别为负序电压的健康部分和故障部分；

根据公式(6)和(7)，可得负序电压两部分差值的模为：

U_NSC＝|u_NSC,h,a-u_NSC,f,a| (9)

定子电流Park矢量模为：

式中：i_d和i_q表示为：

故障特征量定义为：

当故障特征量大于阈值时，永磁同步电机有定子绕组不对称故障发生；当故障特征量不大于阈值时，永磁同步电机处于正常运行状态。