一种永磁同步电机匝间短路故障定位检测控制方法技术

本发明专利技术公开一种永磁同步电机匝间短路故障定位检测控制方法。步骤1：关闭定子侧所有切换短路开关，向静止的电机中注入旋转电压信号；步骤2：检测关闭定子侧时三相定子电流i

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机匝间短路故障定位检测控制方法
本专利技术属于电机领域；具体涉及一种永磁同步电机匝间短路故障定位检测控制方法。
技术介绍
相比于传统内燃机汽车，电动汽车可以解决日益严峻的能源危机与环境污染问题。凭借其自身零排放、高效率、低运行噪声的特点，已逐渐引起了国内外众汽车厂商和研究机构的重视。作为电动汽车的核心部件，电机的性能很大程度上决定了电动汽车的动力性、经济性、制动性和效率。相比于异步电机和电励磁式同步电机，永磁同步电机(PMSM)凭借其高功率密度、高效率、结构简单、形状和尺寸灵活等优点，广泛应用于电动汽车领域。电动汽车运行过程中，安全性是最重要前提，而作为电动汽车的核心部件，电机稳定性及可靠性极为重要。在电机制造过程中，定子绕组端部缠绕不牢固、绝缘垫块松动、绝缘材料受热退化、绕组导线焊头与焊接导线的加工损伤以及定子槽中存留的加工残存物等多种工艺问题，都会导致电机运行过程中出现绕组匝间短路的问题。这使得定子绕组的匝间短路故障最为永磁同步电机运行过程中最为常见的故障之一，不仅会影响电机的正常性能，增加谐波磁场，造成电机振动，还会在故障的绕组回路产生短路电流，使得短路点过热，增加绕组稳定，破坏绕组绝缘，危及电机和车辆控制系统的安全。因此，永磁同步电机的匝间短路故障诊断技术，对杜绝或有效减少电动汽车运行过程中的危害故障发生具有重要意义。国内外学者针对永磁同步电机中的匝间短路故障诊断进行了深入的研究。现有技术中提出了通过检测电机定子电流和振动信号，采用改进小波包变换和快速傅里叶变换对来提取信号的故障特征，进而诊断出定子绕组匝间短路故障。然而，由于振动信号易收到车辆运行状态的影响，经常导致故障误诊断，使得该方法的准确度较低。现有技术中还提出了在电机的每一个定子齿上绕制检测线圈，通过检测各线圈中磁场信息，来确定匝间短路的具体位置以及故障相。然而该方法需要使用大量检测线圈，一方面增加了系统成本，另一方面提高了电机体积，降低了功率密度。现有技术中还存在通过对比电机匝间短路故障前后零序电压的变化来判断电机是否出现故障。然而该方法仅能确定绕组的故障相，无法确定匝间短路的具体位置，为后续电机维修带来了不便。现有技术中同时存在通过监测三相电压的变化量来判断匝间短路故障。而该方法同样无法准确诊断出匝间短路的具体位置。
技术实现思路
本专利技术提出了一种永磁同步电机匝间短路故障定位检测控制方法，为了解决现有电机匝间短路故障诊断策略中无法准确定位短路点所在的故障相和具体绕组位置的问题。本专利技术通过以下技术方案实现：一种永磁同步电机匝间短路故障定位检测控制方法，所述故障定位检测控制方法包括以下步骤：步骤1：关闭定子侧所有切换短路开关，向静止的电机中注入旋转电压信号；步骤2：基于步骤1的旋转电压信号，检测关闭定子侧时三相定子电流ia，ib，ic，经Clark变换计算正序分量幅值I′，再提取关闭定子侧时电机的特征值γ；步骤3：基于步骤2的关闭定子侧时电机的特征值γ与关闭定子侧时且电机无故障时的特征值γ0的差∣γ-γ0∣是否大于阈值，若∣γ-γ0∣小于阈值，则进行步骤4，若∣γ-γ0∣大于阈值，则进行重复进行步骤5-11；步骤4：诊断关闭定子侧时电机无匝间短路故障，完成故障诊断；步骤5：初始化，令i＝1，k＝1，其中i为，k为；步骤6：导通定子侧切换开关Sai，Sbi，Sci后，向静止的电机中注入旋转电压信号，提取导通定子侧时电机的特征值γ′，步骤7：基于步骤6的导通定子侧时电机的特征值γ′与短路定子绕组中单个线圈时无故障的永磁同步电机的特征值γ′0的差∣γ′-γ′0∣是否大于阈值，若∣γ′-γ′0∣小于阈值，则进行步骤8，若∣γ-γ0∣大于阈值，则令i＝i+1，同时重复进行本步骤直至确定匝间短路出现的绕组位置为止；步骤8：表明定子侧第i个绕组位置出现匝间短路，记录匝间短路所在的绕组位置；步骤9：根据k的取值导通定子侧切换开关，当k＝1时，导通Sai，Sb(i+1)，Sc(i+2)；当k＝2时，导通Sa(i+2)，Sbi，Sc(i+1)；当k＝3时，导通Sa(i+1)，Sb(i+2)，Sci，其中的i＝1,2,…n，其中n表示定子侧单相绕组中线圈的个数；当i满足i＝n-1时，开关Sa(i+2)，Sb(i+2)，Sc(i+2)指的是开关Sa(i+2-n)，Sb(i+2-n)，Sc(i+2-n)，即开关Sa(1)，Sb(1)，Sc(1)；当i满足i＝n时，开关Sa(i+1)，Sb(i+1)，Sc(i+1)指的是开关Sa(i+1-n)，Sb(i+1-n)，Sc(i+1-n)，即开关Sa(1)，Sb(1)，Sc(1)，且Sa(i+2)，Sb(i+2)，Sc(i+2)指的是开关Sa(i+2-n)，Sb(i+2-n)，Sc(i+2-n)，即开关Sa(2)，Sb(2)，Sc(2)；步骤10：向静止电机中注入旋转电压信号，提取导通定子侧时电机的特征值γ′，并比较∣γ′-γ′0∣是否大于阈值；若∣γ′-γ′0∣大于阈值，则令k＝k+1，重复步骤9和步骤10；若∣γ′-γ′0∣小于阈值，则记录此时k值，进行步骤11；步骤11：根据k值判断匝间短路所在的故障相：当k＝1时，记录匝间短路出现于A相；当k＝2时，记录匝间短路出现于B相；当k＝3时，记录匝间短路出现于C相；至此完成匝间短路故障的位置确定，并发送故障信息。进一步的，所述步骤2经Clark变换得到αβ轴电流iα，iβ后计算电流iα的正序分量幅值I′，之后提取电机的特征值γ；所述特征值γ的表达式满足：γ＝I′/U0(1)式中U0表示注入的旋转电压信号的幅值；进一步的，所述旋转电压信号是通过电机已有逆变器产生的，旋转电压信号的表达式满足：式中U0表示注入的旋转电压信号的幅值；f表示旋转电压信号的频率，其频率范围满足100Hz≤f≤500Hz。进一步的，所述出现匝间短路故障时，关闭定子侧时电机的特征值γ相比于无故障时的特征量γ0增加的百分比由绕组匝间短路的匝数决定，短路的匝数越多，特征量增加的百分比越大。进一步的，所述步骤3具体为，在两相静止坐标系下(αβ坐标系)，系统的电路方程满足：式中iα，iβ表示αβ轴电流，ψα，ψβ表示αβ轴磁链，rs表示定子绕组的电阻；其中ψα，ψβ的表达式满足：忽略定子绕组的电阻rs，可以计算得到αβ轴电流iα，iβ的表达式满足：能计算得到电流iα的正序分量幅值I′满足：进一步的，所述步骤11中当永磁同步电机发生匝间短路故障时，故障特征量γ＝I′/U0会由于正序分量幅值的增加而增大，因此通过检测特征量γ相比于无故障时的特征量γ0的变化，即可完成匝间短路诊断。本专利技术的有益效果是：本专利技术无需额外使用监测线圈和电压传感器，极大地降低了诊断成本。本专利技术相比于传统的基于信号处理法的检测方法，无需进行复杂的信号处理与计算，提高了诊断速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机匝间短路故障定位检测控制方法，其特征在于，所述故障定位检测控制方法包括以下步骤：/n步骤1：关闭定子侧所有切换短路开关，向静止的电机中注入旋转电压信号；/n步骤2：基于步骤1的旋转电压信号，检测关闭定子侧时三相定子电流i

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机匝间短路故障定位检测控制方法，其特征在于，所述故障定位检测控制方法包括以下步骤：
步骤1：关闭定子侧所有切换短路开关，向静止的电机中注入旋转电压信号；
步骤2：基于步骤1的旋转电压信号，检测关闭定子侧时三相定子电流ia，ib，ic，经Clark变换计算正序分量幅值I′，再提取关闭定子侧时电机的特征值γ；
步骤3：基于步骤2的关闭定子侧时电机的特征值γ与关闭定子侧时且电机无故障时的特征值γ0的差∣γ-γ0∣是否大于阈值，若∣γ-γ0∣小于阈值，则进行步骤4，若∣γ-γ0∣大于阈值，则进行重复进行步骤5-11；
步骤4：诊断关闭定子侧时电机无匝间短路故障，完成故障诊断；
步骤5：初始化，令i＝1，k＝1，其中i为，k为；
步骤6：导通定子侧切换开关Sai，Sbi，Sci后，向静止的电机中注入旋转电压信号，提取导通定子侧时电机的特征值γ′，
步骤7：基于步骤6的导通定子侧时电机的特征值γ′与短路定子绕组中单个线圈时无故障的永磁同步电机的特征值γ′0的差∣γ′-γ′0∣是否大于阈值，若∣γ′-γ′0∣小于阈值，则进行步骤8，若∣γ-γ0∣大于阈值，则令i＝i+1，同时重复进行本步骤直至确定匝间短路出现的绕组位置为止；
步骤8：表明定子侧第i个绕组位置出现匝间短路，记录匝间短路所在的绕组位置；
步骤9：根据k的取值导通定子侧切换开关，当k＝1时，导通Sai，Sb(i+1)，Sc(i+2)；当k＝2时，导通Sa(i+2)，Sbi，Sc(i+1)；当k＝3时，导通Sa(i+1)，Sb(i+2)，Sci，其中的i＝1,2,…n，其中n表示定子侧单相绕组中线圈的个数；当i满足i＝n-1时，开关Sa(i+2)，Sb(i+2)，Sc(i+2)指的是开关Sa(i+2-n)，Sb(i+2-n)，Sc(i+2-n)，即开关Sa(1)，Sb(1)，Sc(1)；当i满足i＝n时，开关Sa(i+1)，Sb(i+1)，Sc(i+1)指的是开关Sa(i+1-n)，Sb(i+1-n)，Sc(i+1-n)，即开关Sa(1)，Sb(1)，Sc(1)，且Sa(i+2)，Sb(i+2)，Sc(i+2)指的是开关Sa(i+2-n)，Sb(i+2-n)，Sc(i+2-n)，即开关Sa(2)，Sb(2)，Sc(2)；
步骤10：向静止电机中注入旋转电压信号，提取导通定子侧时电机的特征值γ′，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金晓，潘峰，
申请(专利权)人：哈尔滨宇龙自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23