一种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法
【专利摘要】本发明公开了一种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法，用于解决三角形接法的永磁同步电机定子绕组匝间短路故障的检测问题。其技术方案是：首先，计算幅值和相位：利用坐标变换理论计算零序电流中基波幅值和初相位、零序电流中三次谐波的幅值和三相相电流基波的初相位。其次，判断是否出现匝间短路故障：如果Fs>thr，则出现了匝间短路故障；否则，没有出现匝间短路故障。最后，判断故障相：在匝间短路的情况下，根据零序电流中基波的初相位和三相相电流基波的初相位的差诊断故障相。本发明不需要额外的传感器，计算简单，易于实现，可以实时地诊断匝间短路故障。
【专利说明】—种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于故障诊断【技术领域】，尤其是一种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法。
【背景技术】
[0002]永磁同步电机Permanent magnet synchronous machine, PMSM)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性能应用场合得到了广泛关注和使用。
[0003]永磁同步电机在长期运行中，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，匝间短路故障最为常见。当电机的定子绕组发生匝间短路会在短路回路中产生大量的涡流，如果这种故障在初期没有被检测到，故障就会加重，就会导致接地短路或相与相之间的短路，使电机的温度不断增加，最后导致电机完全损坏。因此，需要及时地诊断永磁同步电机的匝间短路故障。
[0004]目前，已经提出了一些方法来诊断永磁同步电机的匝间短路故障，如利用定子电流中的三次谐波法，零序电压法等。但是现有方法存在一定的不足，一方面是现有方法大都针对星型连接的永磁同步电机，不太适合于三角形连接的永磁同步电机。另一方面现有方法所采用信 号分析技术有快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)、短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform, STFT)、Wigner-Ville 分布(Wigner-VilleDistribution, WVD)、小波变换、经验模态分解(Empirical Mode Distribution, EMD)和阶比分析等，这些技术的计算量比较大，不易进行实时地故障诊断。另外，现有方法大都不能判断出匝间短路的故障相。
【发明内容】
[0005]发明目的:针对上述现有技术的不足，本发明了提供一种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法，能够实时地诊断三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障并确定故障相。
[0006]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的方案为:
[0007]一种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法，包括如下步骤:
[0008](I)利用坐标变换理论计算永磁同步电机零序电流izs。中基波幅值I1和初相位Θ 1、零序电流中三次谐波的幅值I3以及三相相电流基波的初相位Θ a，Θ b，Θ e ；
[0009](2)判断是否出现匝间短路故障:定义Fs=f，若FsHhr，则表示出现了匝间短路
故障；SFs ( thr，则表示没有出现匝间短路故障；其中thr为阈值；
[0010](3)判断故障相:在出现匝间短路的情况下，根据零序电流izs。中基波的初相位θ !和三相相电流基波的初相位θ a，θ b，θ。的差来判断故障相:如果Ie1-QaKe thr，则a相绕组发生匝间短路，即令FlagA = I ;如果Ie1-QbKe thr,则b相绕组发生匝间短路，即令FlagB=I;如果I Q1-QeKethr，则C相绕组发生匝间短路，即令FlagC=I ;其中0tto为阈值。
[0011]2.根据权利要求1所述的一种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法，其特征在于:所述步骤(1)利用坐标变换理论计算计算零序电流izs。中基波幅值IdP初相Θ I的具体步骤为:
[0012]假设在故障情况下izs。表示为
[0013]Iizsc=I1Sin ( Θ + Θ 1)+I3sin (3 Θ + φ)(I)
[0014]式中山是零序电流中基波幅值，I3是零序电流中三次谐波的幅值，Θ i和φ分别为基波和三次谐波的初相位，Θ为永磁同步电机的转子电角度；
[0015]利用坐标变换理论对式(I)进行变换，得到d轴和q轴的电流分量、和Iq为
【权利要求】
1. 一种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)利用坐标变换理论计算永磁同步电机零序电流izs。中基波幅值I1和初相位Θ1、零序电流中三次谐波的幅值I3以及三相相电流基波的初相位Θ a，Θ b，Θ e ； (2)判断是否出现匝间短路故障:定义PS=+，若Fs> thr，则表示出现了匝间短路故
23障；若Fs ( thr，则表示没有出现匝间短路故障；其中thr为阈值； (3)判断故障相:在出现匝间短路的情况下，根据零序电流izs。中基波的初相位Θi和三相相电流基波的初相位θ a，θ b，θ。的差来判断故障相:如果Ie1-QaKe thr,则a相绕组发生匝间短路，即令FlagA = I;如果I θ tto，则b相绕组发生匝间短路，即令FlagB=I ;如果Ie1-QeKe thr,则C相绕组发生匝间短路，即令FlagC=I ;其中Θ tto为阈值。
2.根据权利要求1所述的一种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法，其特征在于:所述步骤(1)利用坐标变换理论计算计算零序电流izs。中基波幅值I1和初相Θ!的具体步骤为: 假设在故障情况下izs。表示为 Izsc=I1Sin ( Θ + Θ ^ +I3Sin (3 Θ + φ) (I) 式中=I1是零序电流中基波幅值，I3是零序电流中三次谐波的幅值，91和φ分别为基波和三次谐波的初相位，Θ为永磁同步电机的转子电角度； 利用坐标变换理论对式(I)进行变换，得到d轴和q轴的电流分量、和Iq为 \h = (1I sin(^ + ^1) +13 sin(3(9 + φ)) cos(^)
= (I1 sin(& + ^) + /3 sin(36> + (6)) sin(0) 对式(2)作进一步的运算可得
Id=-11 [sm(20 + 6?) + sin(ft )] + -/3 [sin(46> + φ) + sm(20 + φ)]-2 12(3)
Iq[cos(2 沒 + Θ')- cos(0:)]-—Z3 [cos(4 沒 + φ) — cos(26> + φ)~\ 利用低通滤波器滤除式(3)中高频成分，可得
Jd, = 4 Z1Sin⑷ 2(4)
I L 2 根据式⑷可得，零序电流izs。中基波的幅值和初相位分别为 I,=2 JJJTIJ j(5)。
Θ' =Ian-1C-^)
3.根据权利要求1所述的一种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法，其特征在于:所述阈值thr的确定方法为:首先在永磁同步电机正常工作情况下，记录下所述Fs在不同工作点的值，然后将该值设置为阈值thr，最后把这些设定好的阈值保存在表格中，在故障诊断的时候进行调用。
4.根据权利要求1所述的一种三角形接法的永磁同步电机匝间短路故障诊断的方法，其特征在于:所述阈值Θ thr设置为20度。
【文档编号】G01R31/06GK103926507SQ201410141486
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】张建忠, 杭俊, 程明 申请人:东南大学