一種永磁同步電機的智能故障診斷方法
2023-08-07 04:03:41
一種永磁同步電機的智能故障診斷方法
【專利摘要】本發明公開了一種永磁同步電機的智能故障診斷方法，用於解決永磁同步電機定子繞組匝間短路故障的診斷問題。其技術方案是：首先利用坐標變換理論計算三相相電流基波的瞬時幅值。其次，分別計算三個瞬時幅值中任意兩個瞬時幅值差的絕對值，並將三個絕對值的和作為故障特徵量Fe，如果Fe>thr（thr為設定的閾值），則有匝間短路故障，並且定位故障相，反之，則沒有匝間短路故障。最後，在匝間短路故障情況下，利用支持向量機自動地定位故障相。本發明不需要增加額外的設備，成本少，計算簡單，不僅能實時地診斷匝間短路故障，而且能自動地定位故障相。
【專利說明】一種永磁同步電機的智能故障診斷方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於故障診斷【技術領域】，尤其是一種永磁同步電機的智能故障診斷方法。【背景技術】
[0002]永磁同步電機(PermanentMagnet Synchronous Machine, PMSM)具有功率密度高、效率高、轉矩慣量比大、調速範圍寬等優點。近年來，永磁同步電機在電動汽車和風力發電等場合得到了廣泛關注，可靠性是保證其廣泛應用的重要因素。因此，實時地監測和診斷電機的運行狀況是提高其可靠性的重要手段。
[0003]本發明主要研究永磁同步電機的匝間短路故障。定子繞組故障是電機中很容易出現的一類故障，主要是由定子繞組絕緣失效造成的。在電機中主要有三種短路故障:匝間短路，相間短路和接地故障。其中，匝間短路是最易出現的一種故障。匝間短路會導致短路迴路中產生大量的渦流，如果這種故障沒有被監測到，故障就會不斷加重，使電機的溫度不斷增加，嚴重的情況下會導致電機完全損壞，因此需要及時地診斷永磁同步電機的匝間短路故障。
[0004]目前，已經提出了一些方法來診斷永磁同步電機的匝間短路故障，例如，基于振動的方法，基於負序電流和負序阻抗的方法，基於功率的方法和基於定子電流的方法等。其中，最流行的方法是基於定子電流信號的分析方法，常用的分析技術有快速傅立葉變換、短時傅立葉變換、小波變換、經驗模態分解和階比分析等。但是這種故障診斷方法存在一定的不足，一方面這些信號分析技術的計算量比較大，不易實時地診斷故障，另一方面，這種方法只能診斷匝間短路故障，不能自動地定位故障相。
[0005]專利內容
[0006]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種永磁同步電機的智能故障診斷方法，不需要增加額外的設備，成本少，計算簡單，不僅能實時地診斷匝間短路故障，而且能自動地定位故障相。
[0007]技術方案:為實現上述目的，本發明採用的方案為:一種永磁同步電機的智能故障診斷方法，該方法的包括如下步驟:
[0008]步驟1:首先利用坐標變換理論計算三相相電流基波的瞬時幅值Ia，Ib, Ic ；
[0009]步驟2:分別計算三個瞬時幅值Ia，Ib, I。中任意兩個瞬時幅值差的絕對值，並將三個絕對值的和作為故障特徵量Fe，如果FeHhr，thr為閾值，則有匝間短路故障，並且定位故障相，反之，則沒有匝間短路故障；
[0010]步驟3:在匝間短路故障情況下，利用支持向量機自動地定位故障相。
[0011]優選的，所述步驟2中得到故障特徵量Fe，其方法為:
[0012]Fe = I ia-1b| + l ib-1c| + l Ic-1aI
[0013]三相相電流基波的瞬時幅值Ia，Ib, Ic。
[0014]優選的，步驟3中，在匝間短路故障情況下，利用支持向量機自動地定位故障相，其方法為:[0015]f1 (x) = sgn ( ω 1.x+bx)
[0016]式中J1(X)為第I個支持向量機分類器的決策函數，OjPb1是第I個支持向量機分類器的優化參數，其中參數Q1和I3l根據支持向量機的訓練進行確定。
[0017]優選的，步驟2中，閾值thr確定方法為:
[0018]對於閾值thr，首先在永磁同步電機正常工作情況下，記錄下故障特徵量Fe在不同工作點的值，然後將其設置為閾值thr，最後把這些設定好的閾值保存在表格中，在故障診斷的時候進行調用。
[0019]有益效果:本發明提供的一種永磁同步電機的智能故障診斷方法，不需要增加額外的設備，成本少，計算簡單；不僅能實時地診斷匝間短路故障，而且能自動地定位故障相；能夠克服現有診斷方法的不足，提高診斷的實時性、有效性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為永磁同步電機匝間短路等效圖；
[0021]圖2為定位故障相的流程圖；
[0022]圖3為永磁同步電機匝間短路故障診斷的流程圖；
[0023]圖4為永磁同步電機在矢量控制情況下匝間短路故障診斷的框圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0025](I)首先利用坐標變換理論計算三相相電流基波的瞬時幅值Ia，Ib, Ic ；
[0026](2)分別計算三個瞬時幅值中任意兩個瞬時幅值差的絕對值，並將三個絕對值量的和作為故障特徵量Fe，如果FeHhr (thr為閾值)，則有匝間短路故障，並且定位故障相，反之，則沒有匝間短路故障；
[0027](3)在匝間短路故障情況下，利用支持向量機分類器自動地定位故障相。
[0028]下面以永磁同步電機A相(B相和C相類似)發生匝間短路為例對本案進行說明:
[0029]( I)匝間短路故障情況下的電壓方程
[0030]做以下假設:永磁同步電機的三相繞組的連接方式為Y型，不考慮飽和的影響，認為轉子是隱極的。永磁同步電機匝間短路等效圖如圖1所示，一個附加的電阻Rf放在a相中，並且將其分成B1和a2兩部分，流過Rf的故障電流稱為if。在一般情況下，定子的電阻和反電動勢與繞組的匝數是成比例的。為了表示定子繞組短路故障的程度，做以下定義
[0031 ]
【權利要求】
1.一種永磁同步電機的智能故障診斷方法，其特徵在於:該方法的包括如下步驟: 步驟1:首先利用坐標變換理論計算三相相電流基波的瞬時幅值Ia，Ib, I。; 步驟2:分別計算三個瞬時幅值Ia，Ib, I。中任意兩個瞬時幅值差的絕對值，並將三個絕對值的和作為故障特徵量Fe，如果FeHhr，thr為閾值，則有匝間短路故障，並且定位故障相，反之，則沒有匝間短路故障； 步驟3:在匝間短路故障情況下，利用支持向量機分類器自動地定位故障相。
2.根據權利要求1所述的永磁同步電機的智能故障診斷方法，其特徵在於:所述步驟2中得到故障特徵量Fe，其方法為:
Fe = I Ia-1bM Ib-1cM Ic-1aI 三相相電流基波的瞬時幅值Ia，Ib, I。。
3.根據權利要求1所述的永磁同步電機的智能故障診斷方法，其特徵在於:步驟3中，在匝間短路故障情況下，利用支持向量機分類器自動地定位故障相，其方法為:
fi (x) = sgn (ω χ.x+bx) 式中AU)為第I個支持向量機分類器的決策函數，Q1和卜是第I個支持向量機分類器的優化參數，其中參數Q1和I3l根據支持向量機的訓練進行確定。
4.根據權利要求1所述的永磁同步電機的智能故障診斷方法，其特徵在於:步驟2中，閾值thr確定方法為: 對於閾值thr，首先在永磁同步電機正常工作情況下，記錄下故障特徵量Fe在不同工作點的值，然後將其設置為閾值thr，最後把這些設定好的閾值保存在表格中，在故障診斷的時候進行調用。
【文檔編號】G01R31/02GK103558547SQ201310535822
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】張建忠, 杭俊, 程明 申請人:東南大學