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...     

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。     

永磁同步电机定子匝间短路故障阻抗参数分析

分析了正常和匝间短路故障状态下永磁同步电机(PMSM)等效电路模型,建立了PMSM的有限元分析模型,提出了故障状态下故障匝和正常匝电感的计算方法,得到了电机绕组电感、电流和输出转矩等参数与短路匝数的关系。分析结果表明故障状态下的转矩波动变大而平均值基本不变;三相绕组电流都会增加而发生短路故障的绕组相电流的增加幅度远大于正常相,短路电流随短路匝数的增加而减小;正常相的绕组电感基本不变,而故障相的绕组电感和短路匝的电感与短路匝数的平方有关。     

永磁同步电机匝间短路故障检测技术研究

针对电动汽车用基于内置式永磁同步电机(IPMSM)的驱动系统的安全运行问题,提出了一种电动汽车用IPMSM匝间短路故障(ISCF)检测技术。新型检测算法属于一种复合检测技术,综合集成了在线检测和离线检测两种方案,进而检测性能大大优化。其中在线检测部分使用了迭代运算形式,因而降低了计算负担,可嵌入到变频器的控制器中,而无需附加硬件。为了提高离线检测性能,使用了高频电压注入来放大故障特征。最后,基于IPMSM驱动试验平台,进行了ISCF模拟试验,试验结果验证了新型检测算法的有效性。     

永磁同步电机匝间短路故障匝数诊断方法

针对永磁同步电机(PMSM)发生匝间短路故障时故障匝数难以诊断的问题,提出了在离线状态下对电机发生故障的匝数进行精确诊断的方法。首先分析了绕组发生匝间短路故障前后的电机模型,通过在离线的故障电机电路中接入激励源的方式,提取出了故障相电流的幅值和相位,结合激励源参数、电路参数,建立了故障匝数指示器。仿真结果表明,该方法可以准确地计算出从无故障状态到全绕组故障状态范围内发生短路的绕组匝数。该方法可以直接在电机上实施,不需要在目标电机上加装复杂的设备或添加额外传感器,在永磁同步电机的检修等方面具有良好的使用价值。     

永磁同步电机匝间短路故障在线检测方法

本文提出了简单的永磁同步电机(PMSM)匝间短路故障在线检测方法。首先对不同状态PMSM定子电流谐波成分展开分析,提出一个融合了-fe及±3fe谐波成分的故障特征量Ft。针对采用快速傅立叶变换方法计算特征量实时性差的问题,在连续细化傅立叶变换方法基础上引入布莱克曼窗,从而改善了连续细化傅立叶变换方法的幅值辨识精度,实现了故障特征量快速且准确的求取。仿真及实验结果表明,特征量Ft能够正确反映PMSM匝间短路故障是否发生,本文提出的在线检测方法在不增加任何硬件设备的基础上实现了PMSM匝间短路故障的检测。     

匝间短路故障对永磁同步电机失磁的影响

永磁同步电机在不同负载和转速下,相带第一匝短路故障对永磁体失磁影响的研究。首先介绍了电机的设计参数及绕组结构,其次采用有限元法建立了永磁同步电机相带第一匝短路故障模型,再次提取了不同负载和转速下,故障电机去磁磁场、磁密云图分布和永磁体上A点磁密变化波形。结果表明电机负载和转速越大,相带第一匝短路故障对转子永磁体失磁的影响就越大,定子磁饱和也越严重。     

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。     

同步电机绕组匝间短路故障有限元分析

由于制造工艺问题和单机装机容量的增加,电机绕组故障在电机中很常见,特别是绕组问题。论文对工业应用中比较普遍的同步发电机工作原理,电机绕组故障类型和机理进行了分析研究。同时,采用磁场有限元法分析、建立电机故障模型,最后运用当前较流行的小波理论对故障结果做出分析。通过仿真结果和分析,给出故障诊断的方法。     

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。     

基于参数模型永磁同步电机定子绕组匝间短路故障研究

对不同严重程度故障下电机运行时仿真计算结果进行比较,提出一种可以有效诊断定子绕组匝间短路故障的方法,并在MATLAB/Simulink环境下建立电机矢量控制仿真模型,施加6 N·m负载转矩,分别实现电机单匝、两匝、三匝短路。最终通过仿真试验结果显示,即使定子绕组只发生单匝短路,该方法也可较为精确地诊断出短路故障。     

永磁同步电机匝间短路-退磁耦合故障分析

永磁同步电机存在匝间短路故障、永磁体退磁故障和偏心故障等多种故障类型,对其故障诊断的研究一直集中于单一故障,耦合故障涉及较少。以匝间短路-退磁耦合故障为例,运用有限元法分别建立电机正常条件及不同耦合故障程度的二维模型;通过瞬态磁场求解器求得空载和额定负载两种不同工况下电机在正常以及不同故障程度运行时的磁感线分布云图、转矩曲线图、相反电动势曲线图,并利用傅里叶变换对相反电动势谐波含量进行了分析。结果表明,耦合故障条件下相反电动势的三次谐波含量明显高于正常条件值,相反电动势的三次谐波含量的增加可作为判断该耦合故障的依据。     

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。     

大型发电机转子匝间短路故障特征量的理论分析

针对发电机常见故障之一的转子匝间短路,本文首先分析了正常情况和匝间短路情况下的转子磁势分布,并通过转子磁势分析进一步分析了转子与定子在匝间短路情况下的谐波情况,得出了定子绕组的1/2次谐波以及转子绕组的3/2次谐波都感生于定子的二次谐波电流的结论;同时,理论分析了匝间短路对发电机定子电流、定子电压、转子电流、转子电压、发电机输出有功和无功功率的影响,并通过MATLAB/SIMULINK进行了仿真,验证了理论分析的正确性;为发电机匝间短路故障判定的特征量选取奠定了基础。     

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。     

基于IWOA-VMD的永磁同步电机匝间短路故障振动信号去噪方法

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)匝间短路故障振动信号易受噪声干扰导致故障特征难以准确提取的问题,提出一种改进鲸鱼优化算法(improved whale optimization algorithm, IWOA)优化变分模态分解(variational mode decomposition, VMD),并将其应用于PMSM匝间短路故障振动信号去噪。首先在传统鲸鱼优化算法中引入非线性收敛因子、自适应权重和柯西算子,利用IWOA算法对VMD参数进行寻优来实现信号的自适应分解。然后根据多尺度排列熵-方差贡献率最优模态分量选取原则将信号分量分为噪声主导分量和有效信号分量,对噪声主导分量进行非局部均值滤波(non-local mean filtering, NLM)去噪。最后将去噪分量与有效信号分量重构为去噪信号。使用ANSYS有限元软件建立了电机短路故障模型,并搭建了短路故障实验平台,利用该方法对仿真与实测信号进行去噪处理,并与小波阈值去噪等去噪方法进行对比分析,得出仿真信号的信噪比从8 dB提升至20.273 8 dB,实测信号的信噪比相较于小波阈值去噪提高了77.01%,验证了所提方法的有效性和实用性。     

计及模型预测控制的永磁同步电机匝间短路故障诊断

匝间短路是永磁同步电机中一种常见的故障,若不能及时地监测到故障将会导致二次故障,甚至对整个电机造成破坏。因此,为了提高永磁同步电机的可靠性,该文提出一种永磁同步电机匝间短路故障诊断方法。该方法是基于永磁同步电机模型预测控制系统中的价值函数,利用模型预测控制系统中价值函数的直流分量和二次谐波分量来诊断永磁同步电机匝间短路故障。首先简要介绍永磁同步电机在正常情况下的数学模型;然后叙述永磁同步电机模型预测电流控制方法;接着搭建永磁同步电机在匝间短路故障情况下的数据模型,并分析匝间短路故障对定子电压和电流的影响;最后,分析匝间短路故障对模型预测控制系统中价值函数的影响,会导致价值函数中出现直流分量和二次谐波分量。仿真和实验结果验证了提出的匝间故障诊断方法的有效性。     

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。