永磁同步電機退磁故障診斷方法
【專利摘要】本發明公開了一種永磁同步電機退磁故障診斷方法，通過獲取的實時狀態下的電機定子零序電流信號中的v次諧波的幅值與預存的正常狀態下的電機定子零序電流信號中的v次諧波的幅值的比較計算故障特征值，并根據故障特征值判斷永磁同步電機是否退磁。本發明提供的一種永磁同步電機退磁故障診斷方法，不僅能夠判斷退磁故障，而且能夠根據故障特征值估算退磁程度。本發明在故障診斷過程中，計算量小，易于實現在線診斷，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。
【專利說明】
永磁同步電機退磁故障診斷方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及電機故障診斷技術領域，尤其涉及一種永磁同步電機退磁故障診斷方 法。
【背景技術】
[0002] 由于永磁同步電機具有功率密度高、效率高、轉矩慣量比大和調速范圍寬等優點。 近年來，在風力發電、升降機驅動等大功率以及電動汽車和數控機床等高性能應用場合得 到了廣泛關注和使用。
[0003] 然而，當永磁同步電機在過于惡劣的環境中工作時，有可能會發生退磁現象。此 外，當永磁同步電機因負載波動或控制器參數不匹配等原因發生失步現象時，也可能會發 生退磁故障。當時永磁同步電機在發生退磁時，電機相電流將加大，發熱亦將增大。如果這 種故障在初期沒有被檢測到，故障就會加重，使電機的溫度不斷增加，最后導致電機完全損 壞。因此，需要及時地診斷永磁同步電機退磁故障。目前，已經提出了一些方法來診斷永磁 同步電機退磁故障，目前最流行的是基于定子電流和零序電壓方法等。但是現有方法存在 一定的不足，一方面是基于電流的方法只適用局部退磁故障，不能判斷均勻退磁故障;基于 零序電壓的方法只適合于星形連接的永磁同步電機，不適合三角形連接的永磁同步電機。
【發明內容】
[0004] 基于【背景技術】存在的技術問題，本發明提出了一種永磁同步電機退磁故障診斷方 法。
[0005] 本發明提出的一種永磁同步電機退磁故障診斷方法，包括以下步驟：
[0006] S1、獲取電機正常狀態下零序電流中W欠諧波的幅值作為標準閾值I v(o)，v = 3 X η， 其中，η為奇數；
[0007] S2、采集三相定子電流信號，并將三相定子電流信號相加獲得零序電流信號，并計 算零序電流信號中W欠諧波的幅值作為實測值Ιν;
[0008] S3、根據標準閾值和實測值計算故障特征量k;
[0009 ] S4、根據故障特征量k判斷永磁同步電機是否處于退磁狀態。
[0010] 優選地，步驟S1具體包括以下步驟：
[0011] S11、獲取電機正常工作狀態下三相定子電流信號，將三相定子電流信號相加獲得 零序電流；
[0012] S12、通過快速傅立葉變換計算獲得的零序電流中W欠諧波的幅值作為標準閾值 Ιν(0) 〇
[0013] 優選地，步驟S2中，通過快速傅立葉變換計算零序電流信號中v次諧波的幅值作為 實測值Iv。
[0014] 優選地，步驟S3中，故障特征量。
[0015] 優選地，步驟S4具體為：當k等于1，判斷永磁同步電機處于正常運行狀態；當k小于 1，判斷永磁同步電機處于退磁運行狀態。
[0016] 優選地，v = 3。
[0017] 本發明提供的一種永磁同步電機退磁故障診斷方法，通過獲取的實時狀態下的電 機定子零序電流信號中的W欠諧波的幅值與預存的正常狀態下的電機定子零序電流信號中 的v次諧波的幅值的比較計算故障特征值，并根據故障特征值判斷永磁同步電機是否退磁。
[0018] 本發明不需要額外的傳感器，計算簡單，可以實現永磁同步電機永磁體退磁故障 的檢測，可以避免因永磁體退磁而引起的永磁同步電機過電流運行以及隨之引發的過熱等 故障，可以有效保護永磁同步電機及其驅動系統。
[0019] 本發明提供的一種永磁同步電機退磁故障診斷方法，不僅能夠判斷退磁故障，而 且能夠根據故障特征值估算退磁程度。本發明在故障診斷過程中，計算量小，易于實現在線 診斷，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。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明提出的一種永磁同步電機退磁故障診斷方法流程圖。
【具體實施方式】
[0021 ]以三角形接法的永磁同步電機為例。
[0022] 永磁同步電機發生永磁體退磁故障的情況下，定子繞組的相電壓方程在abc坐標 系下表示為：
[0023]
[0024]
[0025] [Uf , abc]= [Ua Ub Uc]*,
[0026] [iabc] = [ia ib icjSmb和uc為三相定子繞組的相電壓，ia、ib和ic為三相定子繞 組的相電流，k是等效退磁系數且永磁同步電機正常狀態下k=l，R s是定子電阻，L是自感，Μ 是互感。λρΜ, a，λρΜ, b，λρΜ,。分別是a、b、C三相定子繞組的永磁磁鏈，其表不為：
[0027]
[0028] 式中：λΡΜ>1是基波磁鏈的幅值，v是諧波次數，λΡΜ, ν是v次諧波磁鏈的幅值，Θ是轉子 電角度，θν是ν次諧波磁鏈和基波磁鏈之間的角度，m是一個正整數。
[0029]根據基爾霍夫電壓(KVL)原理可知，三角形接法的永磁同步電機中三相相電壓(或 線電壓)之和恒等于零，即
[0030] ua+Ub+Uc = 0 (3)
[0031] 將式（1)帶入(3)可得
[0032]
(4) [0033]定義零序電流為：
[0034] izsc = ias+ibs+ics (5)
[0035] 將式(5)帶入(4)中可得
[0036]
[0037]
[0038]
[0039] 在式(7)中將Θ看成自變量，izs。看成因變量，那么式(7)就是一階常系數非齊次線 性微分方程，通過求解可得：
[0040]
[0041] 式中：C為任意常數，γ =tan-Η-ωΧ?^Μ)/^)。
[0042] 當Θ趨向于無窮大時，式(8)變為
[0043] L W. °· >' 以 Λ
[0044] 式中，Ιν表示故障情況下零序電流中ν次諧波幅值。
[0045] 從式(9)可以看出，當退磁故障發生時，零序電流中W欠諧波的幅值會發生變化。因 此，可以通過觀察零序電流中ν次諧波的幅值來判斷有沒有出現退磁故障。在正常情況下，k =1，代入式(9)的第二行可得
[0046] V \ ? " ?
[0047] Ιν(ο)表示永磁同步電機在正常情況下的零序電流中W欠諧波的幅值。
[0048]將式(10)代入式(9)的第二行可得
[0049]
[0050] 結合以上原理，本發明提出了一種永磁同步電機退磁故障診斷方法，采用零序電 流中三次諧波，即式（11)中的ν取值為3。具體實施時，諧波次數也可采用其他數值，但必須 是3的其數倍。
[0051] 參照圖1，本發明提出的一種永磁同步電機退磁故障診斷方法，包括以下步驟。
[0052] S11、獲取電機正常工作狀態下三相定子電流信號，將三相定子電流信號相加獲得 零序電流；
[0053] S12、通過快速傅立葉變換計算獲得的零序電流中三次諧波的幅值作為標準閾值 Ιν(0) 〇
[0054] 本步驟中，標準閾值IV(Q)即為永磁同步電機在正常情況下的零序電流中三次諧波 的幅值，其具有唯一性。
[0055] 步驟S11、S12的目的為獲取電機正常狀態下零序電流中三次諧波的幅值作為標準 閾值IvW，為永磁同步電機的退磁判斷提供參照標準。具體實施時，電機正常狀態下零序電 流中三次諧波的幅值也可通過其他方式獲得。
[0056] S2、采集三相定子電流信號，并將三相定子電流信號相加獲得零序電流信號，并計 算零序電流信號中三次諧波的幅值作為實測值Iv。
[0057]本步驟中，通過快速傅立葉變換計算零序電流信號中三次諧波的幅值作為實測值 IV 〇
[0058]實測值Iv為實時獲得的零序電流信號中三次諧波的幅值，即實測值Iv是在不確定 永磁同步電機是否退磁的狀態下獲得零序電流信號中三次諧波的幅值，其是永磁同步電機 的退磁判斷的依據。
[0059] S3、根據標準閾值和實測值計算故障特征量k，& = 。 iv(0)
[0060] S4、根據故障特征量k判斷永磁同步電機是否處于退磁狀態。
[0061 ] 結合式(9)和式（10)可知，永磁同步電機正常工作狀態下，k=l;當永磁同步電機 退磁時，Iv<Iv(o)，即k〈l。
[0062] 故而，本步驟中，永磁同步電機退磁判斷標準為：當k等于1，判斷永磁同步電機處 于正常運行狀態；當k小于1，判斷永磁同步電機處于退磁運行狀態。
[0063] 以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其 發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種永磁同步電機退磁故障診斷方法，其特征在于，包括W下步驟： 51、 獲取電機正常狀態下零序電流中V次諧波的幅值作為標準闊值^(〇)，v = 3Xn，其中， η為奇數； 52、 采集Ξ相定子電流信號，并將Ξ相定子電流信號相加獲得零序電流信號，并計算零 序電流信號中V次諧波的幅值作為實測值 53、 根據標準闊值和實測值計算故障特征量k; 54、 根據故障特征量k判斷永磁同步電機是否處于退磁狀態。2. 如權利要求1所述的永磁同步電機退磁故障診斷方法，其特征在于，步驟S1具體包括 W下步驟： 511、 獲取電機正常工作狀態下Ξ相定子電流信號，將Ξ相定子電流信號相加獲得零序 電流； 512、 通過快速傅立葉變換計算獲得的零序電流中V次諧波的幅值作為標準闊值^(0)。3. 如權利要求1所述的永磁同步電機退磁故障診斷方法，其特征在于，步驟S2中，通過 快速傅立葉變換計算零序電流信號中V次諧波的幅值作為實測值4. 如權利要求1所述的永磁同步電機退磁故障診斷方法，其特征在于，步驟S3中，故障 特征量A'=^。5. 如權利要求4所述的永磁同步電機退磁故障診斷方法，其特征在于，步驟S4具體為： 當k等于1，判斷永磁同步電機處于正常運行狀態；當k小于1，判斷永磁同步電機處于退磁運 行狀態。6. 如權利要求4所述的永磁同步電機退磁故障診斷方法，其特征在于，v = 3。
【文檔編號】G01R31/34GK105974312SQ201610412420
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月6日
【發明人】杭俊, 丁石川, 謝芳, 王群京
【申請人】安徽大學