一种d轴磁网络法永磁同步电机建模方法技术

本发明专利技术公开了一种d轴磁网络法永磁同步电机建模方法，涉及永磁同步电机建模技术领域，解决了现有技术适用范围小，无法对永磁同步电机进行准确故障诊断和故障程度量化评估的技术问题；本发明专利技术通过电机本体的尺寸参数和材料参数计算d轴磁路上永磁体磁动势、电枢磁动势和各磁阻，为永磁同步电机退磁故障、偏心故障和匝间短路和断路故障提供了一种准确的分析方法，可以有效地对电机的故障类型和故障程度进行分析；本发明专利技术采用d轴磁路的建模方法有效地避免q轴电流的影响，在d轴磁网络中，转矩波动不会对转动结果产生影响，既降低了分析的难度，又提升了系统的鲁棒性，且适用范围更广。且适用范围更广。且适用范围更广。

【技术实现步骤摘要】
一种d轴磁网络法永磁同步电机建模方法


[0001]本专利技术属于永磁同步电机建模领域，涉及一种基于d轴磁网络法的永磁同步电机建模技术，具体是一种d轴磁网络法永磁同步电机建模方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机因其突出优点，在风力发电、航天、船舶、电动汽车等领域被广泛应用。在长时间运行过程中，永磁同步电机会因各种原因出现不同种类的故障，如匝间短路故障、匝间断路故障、退磁故障和偏心故障等，对永磁同步电机各类故障的诊断分析迫在眉睫。
[0003]现有技术对永磁同步电机故障类型分析时，主要通过信号处理、信号注入和人工智能等方法诊断永磁同步电机的故障类型；但是现有技术无法对电机故障同时进行定性和定量分析，适用范围小；因此，亟需一种适用范围广的永磁同步电机建模方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本专利技术提出了一种d轴磁网络法永磁同步电机建模方法，用于解决现有技术适用范围小，无法对故障电机同时进行定性和定量分析的技术问题，本专利技术提出的基于d轴磁网络法的永磁同步电机建模方法，通过对电机本体的磁路进行建模，可以有效地分析发生各类故障时电机气隙磁密波形的变化，既可以定性地分析电机的故障类型，也可以通过定量求解分析电机故障的程度，且适用不同极对数和不同尺寸的永磁同步电机。
[0005]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面的实施例提出一种d轴磁网络法永磁同步电机建模方法，包括：
[0006]对任意极对数永磁同步电机磁路中的d轴磁路进行建模，并通过电机设计参数计算d轴磁路上永磁体磁动势、电枢磁动势和各磁阻；
[0007]将d轴磁路按照电路模型的建立原则，建立永磁同步电机的d轴磁网络模型；其中，电路模型的建立原则是指有电源，且形成闭合回路；
[0008]通过磁路法则对d轴磁网络模型进行简化；其中，磁路原则指磁路中永磁体磁动势和电枢磁动势等效于闭合回路中的电压，磁路中的磁阻等效于闭合回路中的带你组，磁路中的磁通量等效于闭合回路中的电流。
[0009]优选的，磁路法则结合电机故障对d轴磁网络模型进行简化分析；其中，电机故障包括匝间短路、断路故障、退磁故障和偏心故障。
[0010]优选的，针对永磁同步电机的匝间短路和断路故障，直轴电枢磁动势F
adi
变化，且永磁体等效磁动势F
1i
不变且相等；其中，i表示按照逆时针方向的第i个永磁体，i＝1，2，
…
，n；
[0011]通过直轴电枢磁动势F
adi
、永磁体等效磁动势F
1i
和第i条支路上等效磁阻之和R
1i
的表达式对d轴磁网络模型进行简化；其中，直轴电枢磁动势F
adi
的表达式为
永磁体等效磁动势F
1i
的表达式为第i条支路上等效磁阻之和R
1i
的表达式为
[0012]优选的，针对永磁同步电机退磁故障，直轴电枢磁动势F
adi
变化，永磁体等效磁动势F
1i
变化；且在均匀退磁情况下，永磁体等效磁动势F
1i
相等，在局部退磁情况下，永磁体等效磁动势F
1i
不相等；
[0013]退磁后的永磁体磁动势为F
p
′
mi
＝tF
pmi
；其中，t为退磁系数，且0≤t≤1；
[0014]永磁体等效磁动势F
1i
的表达式为
[0015]优选的，针对永磁同步电机的偏心故障，气隙磁阻R
ai
变化，关联磁阻R
2i
的表达式为其中，关联磁阻R
2i
是磁阻合并产生的参数。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]1、本专利技术通过电机本体的尺寸参数和材料参数计算d轴磁路上永磁体磁动势、电枢磁动势和各磁阻，为永磁同步电机退磁故障、偏心故障和匝间短路和断路故障提供了一种准确的分析方法，可以有效地对电机的故障类型和故障程度进行分析。
[0018]2、本专利技术采用d轴磁路的建模方法有效地避免q轴电流的影响，在d轴磁网络中，转矩波动不会对转动结果产生影响，既降低了分析的难度，又提升了系统的鲁棒性，且适用范围更广。
附图说明
[0019]图1为本专利技术基于d轴磁网络法的永磁同步电机建模图；
[0020]图2为本专利技术中分析永磁同步电机匝间短路、断路故障和退磁故障的简化模型图；
[0021]图3为本专利技术中分析永磁同步电机偏心故障的简化模型图；
[0022]图4为本专利技术中2对极永磁同步电机d轴磁网络法建模图；
[0023]图5为本专利技术中2对极永磁同步电机退磁故障的简化模型图。
具体实施方式
[0024]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]永磁同步电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、功率密度高、效率高、转矩惯量比大等优点。目前，永磁同步电机在风力发电、航天、船舶和电动汽车方面广泛使用。电机在长时间运行过程中，由于各种原因，永磁同步电机易发生不同种类的故障，如匝间短路故障、匝间断路故障、退磁故障和偏心故障等。对永磁同步电机各类故障的诊断分析迫在眉睫，电机的故障诊断与容错对电机安全可靠运行有着重要的意义。
[0026]目前国内外对电机故障类型的分析，主要通过信号处理、信号注入和人工智能算法等方法诊断电机的故障类型；信号处理主要针对电流信号、电压信号和振动信号进行FFT变换、希尔伯特黄变换、小波变换和经验模态分解等处理来提取特征信号；信号注入主要向控制电路中注入旋转电压信号，来观察电感的变化；人工智能算法方法主要通过建立算法模型对数据进行训练来识别电机故障类型。
[0027]本专利技术提出的基于d轴磁网络法的永磁同步电机建模方法，为诊断电机的故障类型提供了一种新思路，通过对电机本体的磁路进行建模，可以有效地分析发生各类故障时电机气隙磁密的变化，既可以定性地分析电机的故障类型，也可以通过定量求解分析电机故障的程度；该建模方法具有通用性，针对于不同极对数、不同尺寸的电机，该建模方案适用；针对于不同故障类型的电机建模，该建模方案仍适用；基于d轴磁网络法的永磁同步电机建模方法可以有效避开q轴电流的影响，降低了磁路分析的难度，对于一些特殊的控制方案，使其建模方案更加简单。
[0028]请参阅图1，本申请提供了一种d轴磁网络法永磁同步电机建模方法，包括：
[0029]对任意极对数永磁同步电机磁路中的d轴磁路进行建模，并通过电机设计参数计算d轴磁路上永磁体磁动势、电枢磁动势和各磁阻；
[0030]将d轴磁路按照电路模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种d轴磁网络法永磁同步电机建模方法，其特征在于，包括：对任意极对数永磁同步电机磁路中的d轴磁路进行建模，并通过电机设计参数计算d轴磁路上永磁体磁动势、电枢磁动势和各磁阻；将d轴磁路按照电路模型的建立原则，建立永磁同步电机的d轴磁网络模型；通过磁路法则结合电机故障对d轴磁网络模型进行简化；其中，电机故障包括匝间短路、断路故障、退磁故障和偏心故障。2.根据权利要求1所述的一种d轴磁网络法永磁同步电机建模方法，其特征在于，针对永磁同步电机的匝间短路和断路故障，直轴电枢磁动势F
adi
变化，且永磁体等效磁动势F
1i
不变且相等；其中，i表示按照逆时针方向的第i个永磁体，i＝1，2，
…
，n；通过直轴电枢磁动势F
adi
、永磁体等效磁动势F
1i
和第i条支路上等效磁阻之和R
1i
的表达式对d轴磁网络模型进行简化；其中，直轴电枢磁动势F
adi
的表达式为永磁体等效磁动势F

【专利技术属性】
技术研发人员：丁石川，何旺，杭俊，李伟，吴正兴，王群京，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：