永磁同步电机定子匝间短路故障诊断的研究现状及发展趋势

分析了永磁同步电机定子匝间短路故障常用的模拟方法,研究了国内外定子匝间短路故障诊断方法的发展状况,预测了定子匝间短路故障诊断方法的发展趋势,提出了研究定子匝间短路故障诊断应注意的问题。     

永磁同步电机匝间短路故障温度场分析

匝间短路是一种常见的电机绕组故障,会导致定子绕组电流增大、电机局部过热,长期在这种环境下运行,温度升高使得电机性能下降,造成经济损失.该文以一台3kW永磁同步电机为例,研究匝间短路故障对永磁同步电机各部件温度的影响.基于电机参数建立三维等效热模型,绝缘材料被等效为绝缘层,将机壳沿轴向分段,根据风速在机壳表面施加不同边界...     

线间补偿型匝间短路故障自动容错永磁同步电机故障位置检测方法

定子绕组匝间短路故障是永磁同步电机(PMSM)最常见的故障之一。该故障会造成三相电流不平衡,输出转矩剧烈波动,输出能力下降。故障严重时,过大的短路电流会烧毁绕组。为了解决匝间短路故障产生的问题,课题组此前提出了一种具有匝间短路故障自动容错能力的PMSM。针对该特种电机,提出了一种匝间短路故障位置的检测方法。介绍了电机的特殊结构,并通过数学模型推导出利用电机漏磁路特性和原有定子线圈判别故障线圈所在相的方法。使用ANSYS软件建立电机有限元模型,对电机不同匝间短路情况进行仿真,验证了该检测方法的正确性。     

永磁同步电机轻微匝间短路故障的检测方法撤回

提出了一种基于负序分量的用于永磁同步电机早期匝间短路故障的诊断方法。该诊断方法中的故障电流在轻微匝间短路故障时不受转子转速变化的影响。引入的负序分量故障指示器模型诊断轻微匝间短路故障的性能明显优于利用零序分量的故障指示器。设置了12种匝间短路故障以及永磁同步电机2种运行条件。通过试验表明,提出的方法能够有效地诊断早期轻微匝间短路故障。     

永磁同步电机匝间短路不平衡磁力分析

为获得永磁同步电机运行时的不平衡磁拉力,通常采用有限元进行数值运算,但有限元法耗时长,消耗大量的计算资源。为缩短电机设计时间,提出了一种计算永磁同步电机匝间短路故障下的不平衡磁拉力的理论模型,运用该动态故障模型计算匝间短路故障条件下不平衡力。模型主要根据绕组匝数的变化,利用绕组函数法求出电机故障前后的自感、互感和电阻,然后根据磁链方程、电压方程、转矩方程和机械运动方程求得电机电流波形,并通过电机电流、绕组和电机永磁体旋转产生的磁密波形推导了永磁同步电机受到的不平衡磁拉力。最后,通过对电机的瞬态有限元数值运算验证了所提出匝间短路状态下不平衡磁拉力计算理论模型的有效性。     

永磁同步电机匝间短路故障短路线圈定位方法

为了研究基于电机外部电信号的直驱永磁同步电机早期匝间短路故障检测及定位方法,提出一种基于探测线圈阵列的DDPMSM的ISF短路线圈定位方法。首先,提出一种基于电机绕组分布及连接方式的探测线圈阵列;其次,分析了探测线圈工作机理,建立了考虑短路线圈位置的探测线圈反电势矩阵;然后,利用所建立的探测线圈反电势矩阵,分析用于ISF短路线圈位置的故障特征量。提出了利用探测线圈反电势差值进行ISF故障检测和故障线圈组的定位,利用探测线圈反电势残差进行短路线圈的定位,提出基于上述定位特征量的ISF定位方法。仿真和实验结果验证了所提出方法的正确性和有效性。最后,以样机为例,将所提出的定位方法与现有故障定位方法进行比较,进一步证明方法的准确性和灵敏性。     

基于VMD的永磁同步电机初期匝间短路故障检测方法

在初期匝间短路故障检测中,故障特征频率的幅值很小,且易受到噪声信号的干扰,导致无法检测出故障信号。针对以上问题,提出了一种基于变分模态分解(VMD)与双对数频谱分析的永磁同步电机(PMSM)初期匝间短路故障检测方法。该方法利用VMD去除零序电压分量(ZSVC)中的噪声和相关谐波分量以突出故障特征分量。然后利用双对数频谱分析法对得到的信号进行频谱分析,通过检测频谱图中是否含有故障特征频率来判断电机匝间短路故障。通过仿真和实物试验验证了该故障检测方法的有效性。     

基于Ansoft的永磁同步电机早期匝间短路故障分析

针对路的方法的不足,建立了基于Ansoft的永磁同步电动机二维瞬态场有限元模型,利用Ansoft强大的电磁场分析和后处理功能,仿真得到了电机在正常和匝间短路2%、5%故障下的电磁场分布和相关性能曲线,并分析了各种条件下反电势的谐波含量,得出了反电势三次谐波含量随匝间短路程度加剧而减少等结论,为永磁同步电机定子绕组早期匝间短路故障诊断提供了依据。     

基于电流波动特征的永磁同步电机匝间短路与局部退磁故障分类诊断研究

针对永磁同步电机匝间短路故障与局部退磁故障难以区分的问题,该文提出一种基于电机同相与异相电流幅值波动特征的故障分类诊断方法。在分析定子绕组匝间短路故障与转子局部退磁故障对电流幅值影响机理的基础上,分别提取转子旋转一周内同相电流幅值波动特征和异相电流幅值之间的波动特征,建立了故障分类诊断指示器。仿真与实验结果表明,该指示器可有效识别定子绕组匝间短路故障与转子局部退磁故障。该文提出的方法可直接嵌入永磁同步电机控制软件,不需要增加额外的传感设备,具有较好的实用价值。     

匝间短路故障对永磁同步电机定子侧电流影响分析

定子绕组的匝间短路故障是永磁同步电机最为常见的故障之一,故障发生时被短路部分绕组中将会产生较大的电流,这将对电机的安全运行造成巨大威胁。为实现匝间短路的故障诊断,将分析匝间短路故障对电机定子侧电流的影响。通过有限元仿真和试验测试获取不同匝间短路严重程度下的定子侧电流,从电流不平衡度、负序电流和小波能量谱三个角度分析匝间短路故障对电机定子侧电流的影响。分析结果表明,当短路匝数增加、故障点接触电阻减小时,电流不平衡度、负序电流和小波能量谱中的D1频段能量变化率都将增大。因此,这三个指标的增加可以作为匝间短路故障的判断依据。     

基于二次差分的永磁同步电机电流传感器故障诊断方法

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统中电流传感器的典型故障,提出一种基于二次差分的电流传感器故障诊断方法。该方法通过判断电流残差与阈值的关系定位故障传感器,通过计算电流传感器输出电流的二次差分和周期电流积分识别故障类型。该方法能够准确识别出电流传感器的四种典型故障类型,为故障后的容错及维修提供准确信息,且由于对电流残差进行了周期性重构,增强了算法的鲁棒性。仿真和试验结果表明,该方法能够准确定位并识别故障传感器,且对参数不匹配及电流扰动具有较好的鲁棒性。     

永磁同步电机驱动系统开路故障检测方法

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统单相开路故障诊断问题,提出了一种基于dq电流特征提取的故障诊断方案.分析了传统的PMSM驱动系统单相开路故障诊断的原理和缺陷.设计了准确的故障模拟,简化了故障诊断算法开发过程,在此基础上设计了一种基于瞬时电流特性分析的单相开路故障诊断方案,其能够以最小的系统资源,在单个控制周期内快速...     

一种对永磁同步电机的故障诊断方法

随着高功率永磁同步电机(PMSM)在舰船上应用的日益广泛,对PMSM的故障诊断和处理也日渐重要.PMSM的可靠运行是整个舰船系统的首要关注之一,而对PMSM的故障诊断是提高系统可靠性的关键.针对PMSM的基本数学模型,提出一种PMSM故障诊断方法,并得出了相应结论.     

永磁同步电机转矩脉动抑制方法

分数槽集中绕组永磁同步电机被广泛用于伺服控制系统。由于电机极槽配合以及制造过程中机械加工与装配误差等因素,所以永磁同步伺服电机输出转矩中会存在固有的周期性转矩脉动,影响伺服系统实现高精度的速度与位置跟随。因此,采用转矩观测器来估计由上述原因造成的转矩脉动,再将转矩脉动与位置信号通过一定处理,计算出相应的前馈转矩电流,补偿到电流指令端,对转矩脉动进行抑制,从而减小转速脉动。通过仿真和试验验证了抑制方法的有效性。     

永磁同步电机在线多参数辨识方法研究

在永磁同步电机伺服控制系统中,精确的参数辨识对于电机控制与运行状态监视具有重要意义。基于永磁同步电机在d-q轴的动态方程,在矢量控制的基础上,运用带遗忘因子的多新息最小二乘法,精确地完成了电机的在线多参数辨识。辨识过程仅需采集电机输出的电压、电流和转速信号,简单方便。仿真结果表明该方法具有较好的收敛性与鲁棒性。     

Inductance-based Inter-Turn Fault Detection in Permanent Magnet Synchronous Machine Using Magnetic Equivalent Circuit Model

This paper presents an inductance-based method for detection of inter-turn fault in permanent magnet synchronous machines (PMSM). The reason for using inductance for fault detection and its severity estimation is the obvious impact of the fault on the inductances. This fault reduces the effective number of turns and therefore inductances. The PMSM is modeled using magnetic equivalent circuit (MEC). This method takes into account the impacts of stator teeth, rotor yoke, and stator winding distribution precisely. So, it is shown that the MEC method is superior to other analytical methods such as winding function. The governing equations in different parts of the machine are proposed, and the MEC equations of the PMSM are developed. First, healthy and faulty PMSM is simulated using MEC for different severities of the fault. In the 2nd stage, the required analytical equations for self-inductance and mutual inductance estimation are extracted, and the impact of the fault severity upon these inductances is determined. Finally, inter-turn short-circuit fault is detected, and its severity is determined using the amplitude of the inductance of the faulty phase. Simulation results and the proposed fault diagnosis method are validated using finite elements method.     

永磁同步电机磁链信息在线监测的新方法

针对卡尔曼滤波器和扩展卡尔曼滤波器只能在时域上对永磁同步电机参数进行有效估计这一弊端,文中提出一种基于卡尔曼滤波算法和小波变换的多尺度在线监测算法.结合扩展卡尔曼滤波的实时性和小波变换的多尺度性,通过测量电机的端电压和流过定子线圈的电流在线估计电机永磁体的磁场状况.新算法不仅能够在时域和频域上同时对电机故障进行实时监测,且其诊断精度优于扩展卡尔曼滤波算法.仿真结果进一步说明新算法的正确性和有效性.