用于五相OWFTFSCW‑IPM电机的匝间短路故障程度的检测方法与流程

本发明属于电机故障检测领域，特别涉及一种用于五相OWFTFSCW-IPM电机的匝间短路故障程度的检测方法。
背景技术：
：由于能源紧张和环境污染等问题日益加剧，加快新电动汽车产业的发展，既是缓解能源和环境压力的有效措施，电机及其驱动系统是电动汽车的核心关键，其中永磁同步电机因自身独特优势而成为各国研制新一代电动汽车电机的首选方案。与传统电励磁方式电机相比，永磁电机具有可靠性强、效率高、损耗少等优点，这使得永磁电机广泛应用于国防、军事、交通船舶等各个领域。电机驱动系统故障会使得电机不能正常工作，严重时影响操作人员安全。因此，使得电机驱动系统发生故障时可以及时诊断，并采取相应措施防止故障进一步扩大，是提高电机驱动系统可靠性的有效途径。在电机驱动系统故障中，匝间短路故障是一类破坏性极强的故障，已有文献对电机匝间短路故障进行了研究，q轴电流法是其中一种，但是q轴电流的二次谐波容易受到转速和转矩的影响；基于信号变换的方法如傅里叶变换、离散小波变换、经验模式分解，都利用二维有限元软件进行分析算法复杂而且耗时，不利于快速诊断故障。而且，现有的研究大多局限于传统三相电机驱动系统。技术实现要素：发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种实现简单，检测精度高，不受电机工作点影响的用于五相开绕组分数槽集中绕组容错电机(open-windingfault-tolerantfractional-slotconcentratedwindinginteriorpermanentmagnet，下文简称为：OWFTFSCW-IPM)的匝间短路故障程度检测方法。技术方案：本发明提供了一种用于五相OWFTFSCW-IPM电机的匝间短路故障程度的检测方法，其特征在于：利用匝间短路后电机的数学模型得到零序电流和短路电流的关系，通过得到的零序电流的幅值和相位不断修正短路匝比和短路电阻，使短路匝比符合所设误差要求，最终得到电机匝间短路故障程度。进一步，包括以下步骤：步骤1：设定短路匝比μ的初始值和误差范围；步骤2：实时检测零序电流的幅值和相位；根据检测到的检测零序电流的幅值和相位得到故障短路电流；步骤3：根据公式得到拟合变量a和b的取值；其中，If为短路电流的幅值，Rf为短路电阻，μ为短路匝比，a和b为中间变量；步骤4：将步骤3中获得a和b的值代入公式得到修正短路匝比μi+1；其中，μi+1为修正短路匝比，ω为电机转速，Ls为绕组自感，Rs为绕组内阻，Rfi+1为当短路匝比为μi+1时的短路回路电阻，I0为零序电流的幅值；步骤5：将步骤4中计算获得的修正短路匝比μi+1与设定短路匝比μ进行比较，如果|μi+1-μ|≤0.005，则修正短路匝比μi+1则为此时匝间的短路匝比，输出μi+1和Rfi+1；如果|μi+1-μ|＞0.005，令μ＝μ+0.01，重复步骤3～5。步骤6：根据步骤5中输出的μi+1和Rfi+1得到电机的匝间短路故障程度。进一步，所述误差要求优选为[-0.005,0.005]。工作原理：本发明通过建立匝间短路故障后电机的数学模型，求解出短路回路中的故障电流，由于故障电流的测量比较困难，因此本发明在电机发生匝间短路故障时，将对故障电流的获取转化为零序电流的获取。通过得到的零序电流的幅值和相位不断修正短路匝比和短路电阻，从而得到匝间短路故障程度。有益效果：与现有技术相比，本发明实现比较简单，对控制器要求不高，而且不受电机工作点影响；同时本发明可以准确判定匝间短路故障的严重程度，提高电机驱动系统的可靠性。附图说明图1为五相OWFTFSCW-IPM电机A相绕组短路故障模型图；图2为变量a、b变量拟合图；图3为本发明提供的故障诊断流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明做更进一步的解释。本发明提供的基于零序电流检测的五相OWFTFSCW-IPM电机的匝间短路故障程度检测方法进行检测时，当A相绕组匝间短路故障产生后，故障模型图如图1所示。A相绕组共有N匝线圈，其中有n匝线圈短路，则短路匝比μ＝n/N。根据图1电机相电压数学模型如下式所示：[usf]=[Rsf][isf]+[Lsf]ddt[isf]+[e]---(1)]]>其中[usf]＝[uaubucudue0]T是相电压矩阵，ua，ub，uc，ud，ue和0是匝间短路后电机各相电压以及短路回路电压，[isf]＝[ia+i0ib+i0ic+i0id+i0ie+i0if]T是定子电流矩阵，ia，ib，ic，id和ie是正常运行时的各相绕组电流，i0是零序电流，ia+i0，ib+i0，ic+i0，id+i0和ie+i0是匝间短路后电机各相电流,if是短路回路的电流。[Rsf]是电阻矩阵，Rs为绕组内阻，Rf为短路回路电阻；[Lsf]是电感矩阵，Ls为绕组自感，Lm为绕组互感；ψPM是永磁磁链幅值，θ是电机电气旋转角度；[e]是反电动势矩阵，可以表示为：[Rsf]=Rs0000-μRs0Rs000000Rs000000Rs000000Rs0μRs0000-μRs-Rf]]>[Lsf]=LsLmLmLmLm-μLsLmLsLmLmLm-μLmLmLmLsLmLm-μLmLmLmLmLsLm-μLmLmLmLmLmLs-μLmμLsμLmμLmμLmμLm-μ2Ls]]>[e]=ddt[ψabcde,PMf]]]>[ψabcde,PMf]＝ψPM[cosθcos(θ-2π/5)cos(θ-4π/5)cos(θ-6π/5)cos(θ-8π/5)μcosθ]T由于该电机的特殊容错齿设计结构，使得自感远大于互感，所以将绕组间的互感取值为零。因此将公式(1)中电机各相电压相加得到下式：5Rsi0+5Lsdi0dt-μRsif-μLsdifdt=0---(2)]]>由公式(2)可以得到稳态下零序电流的解：将短路故障电流if和零序电流i0用正弦量表示为：其中，If是短路电流的幅值。是短路电流的初始相角，下标i仅用来表示短路电流的相关参数。通过分析故障后五相电机的数学模型，得到短路回路的电压方程如下：ifRf＝(ia-if)(Ra2+jωLa2)+ea2+emutual(5)其中，是正常相的绕组和A相绕组的正常线圈对匝间短路线圈所产生的互感电压，Ra2，La2分别代表匝间短路故障线圈的电阻和电感，Ma2b,Ma2c,Ma2d,Ma2e是正常相与匝间短路线圈之间的互感，ea2是匝间短路线圈的反电势。忽略相绕组之间的互感，可以得出短路电流if表达式为：其中，Ma1a2是A相绕组的正常部分线圈与发生匝间短路故障线圈之间的互感,是正常情况下A相绕组的反电势，参数上方的箭头表示这个参数为矢量。当电机转速ω和短路匝比μ一定时，短路匝比μ,短路电阻Rf和短路电流的幅值If三者之间的关系可以表示为：If=aRfμ+b---(7)]]>在不同的电机转速ω和不同的短路匝比μ的情况下,根据公式(7)可以拟合变量a和b的取值，如图2所示。将公式(6)中分子相角做为参考量，则令短路电流if初始相位有：arctan(μi+1ωLsRfi+1μi+1+Rs)=δμi+1aRfi+1μi+1+b=μi+1If=5I0---(8)]]>其中，μi+1表示修正短路匝比。如图3所示。当整个匝间出现短路故障时，设定短路匝比μ的初始值μ＝0.01，检测零序电流的幅值和相位；然后根据μ和此时的电机转速结合公式(7)拟合得到中间变量a和b的取值，再将拟合得到的中间变量a和b结合公式(8)计算得到修正短路匝比μi+1和短路电阻Rfi+1，设定短路匝比的误差范围为0.005，若|μi+1-μ|≤0.005，则此时的修正短路匝比μi+1则为此时匝间的短路匝比，输出μi+1和Rfi+1；否则，令μ＝μ+0.01，继续代入公式(7)计算，直到得到准确的A相绕组短路匝比μ和短路电阻Rf，从而得到A相绕组匝间短路故障程度。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3