本發(fā)明涉及電機故障診斷方法領(lǐng)域，更具體地，涉及一種永磁同步電機匝間短路故障診斷方法。

背景技術(shù)：

永磁電機定子故障主要是匝間短路故障，調(diào)查表明，80%的定子故障是由匝間短路引起的，當發(fā)生匝間短路時，短路線圈會產(chǎn)生和其他線圈相反的磁動勢。因此，短路線圈產(chǎn)生的磁場方向和氣隙合成磁場方向相反，誘發(fā)電機發(fā)生失磁。

匝間短路是永磁同步電機的常見故障，其故障原因很多，成因非常復雜，但一般可以簡單歸結(jié)為如下四點：

(1)在電機啟動過程中匝間絕緣承受暫態(tài)過電壓；

(2)電機定子繞組溫度過高導致匝間絕緣失效；

(3)電機定子繞組線圈因振動導致匝間絕緣相互摩擦、破損；(4)電機在潮濕高溫等惡劣環(huán)境下長期運行。

如不及早消除匝間短路故障，短路線圈過高的短路環(huán)流會產(chǎn)生高溫損壞絕緣，發(fā)展為更嚴重的單相接地短路和相間短路故障，所以對永磁同步電機匝間短路故障情況進行在線監(jiān)測和判斷十分重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種磁同步電機匝間短路故障診斷方法，該系統(tǒng)可較快地實現(xiàn)永磁電機繞組短路故障的診斷。

為了達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種永磁同步電機匝間短路故障診斷方法，包括以下步驟：

S1：采集電機定子端任意一相電流信號并利用尼高力數(shù)據(jù)采集儀進行快速傅立葉變換得到基波分量幅值I₁和5次諧波分量幅值I₅；

S2：根據(jù)電流5次諧波幅值I₅計算出5次諧波含量HRX₅，令HRX₅為故障特征C；

S3：確定電機正常運行時定子端任意一相電流5次諧波含量，令該電流5次諧波含量為故障預警閥值B；

S4：故障特征C與故障預警閥值B的比值為故障因子k，根據(jù)故障因子k的大小判斷電機是否發(fā)生了匝間短路故障。

進一步地，所述步驟S1中的采集的電流信號是從電流信號過零點開始整周期截取，得到的電流波形。

進一步地，步驟S2中的5次諧波含量HRX₅是5次諧波有效值X5與基波有效值X1的比值。

進一步地，步驟S3中的故障預警閥值B是電機不同負載和轉(zhuǎn)速下正常運行狀態(tài)時根據(jù)電流波形的5次諧波含量。

進一步地，所述步驟S4的具體過程如下：

S41：預先設(shè)定電機處于健康狀態(tài)的故障系數(shù)k₁；

S42：將所述故障因子k與k₁進行比較；當故障因子k< k₁時，表示電機處于健康狀態(tài)；當故障因子k>k₁時, 表示電機處于匝間短路故障狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

本發(fā)明利用霍爾電流傳感器采集了定子端電流信號，經(jīng)過尼高力數(shù)據(jù)采集儀對此信號進行FFT分析，之后對諧波幅值進行處理，利用采集的電流信號的故障系數(shù)與預設(shè)的故障系數(shù)進行對比，判斷出永磁同步電機是否發(fā)生了匝間短路故障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程圖；

圖2為實施例2中應用本發(fā)明方法的永磁同步電機匝間短路故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。

實施例1

如圖1所示，一種永磁同步電機匝間短路故障診斷方法，包括以下步驟：

S1：采集電機定子端任意一相電流信號并利用尼高力數(shù)據(jù)采集儀進行快速傅立葉變換得到基波分量幅值I₁和5次諧波分量幅值I₅；

S2：根據(jù)電流5次諧波幅值I₅計算出5次諧波含量HRX₅，令HRX₅為故障特征C；

S3：確定電機正常運行時定子端任意一相電流5次諧波含量，令該電流5次諧波含量為故障預警閥值B；

S4：故障特征C與故障預警閥值B的比值為故障因子k，根據(jù)故障因子k的大小判斷電機是否發(fā)生了匝間短路故障。

步驟S1中采集的電流信號是從電流信號過零點開始整周期截取，而從正向過零點或負向過零點開始對其分析沒有影響，如果不是整周期截取，則對電流波形進行快速傅立葉分析師會產(chǎn)生較大誤差。

步驟S2中5次諧波含量根據(jù)5次諧波有效值X₅與基波有效值X₁的比算得，即為HRX₅。

在更優(yōu)選的實施方式中，步驟S3中電機運行工況復雜，永磁同步電機的運行狀態(tài)隨負載和轉(zhuǎn)速的變化而變化，因此故障預警閥值B為一動態(tài)閥值，所述故障預警閥值B為電機不同負載和轉(zhuǎn)速下正常運行時電流波形的5次諧波含量。為了不局限于對某一特定電機系統(tǒng)進行故障診斷，預先設(shè)定電機處于健康狀態(tài)的故障系數(shù)k₁。將所述故障因子k與k₁進行比較；當所述故障因子k< k₁時,表示電機處于健康狀態(tài)，且k越小電機越健康；當所述故障因子k>k₁時, 表示電機處于匝間短路故障狀態(tài)，且k越大電機故障越嚴重。

實施例2

如圖2所示，一種應用實施例1中永磁同步電機匝間短路故障診斷方法的診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與電網(wǎng)1連接的整流電路2，整流電路2與逆變電路3相連，用于給永磁同步電機4供電帶動負載5?；魻査俣葌鞲衅?與控制器7和永磁同步電機4相連，用于獲取永磁同步電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度，并將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度輸入控制器7，控制器7根據(jù)反饋信號和給定信號的差值產(chǎn)生控制信號輸入逆變電路3。以上所有模塊連接后，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

在該系統(tǒng)工作時，霍爾電流傳感器8用于檢測永磁同步電機PMSM任意一相電流信號，將檢測的電流信號輸入到尼高力數(shù)據(jù)采集儀9，尼高力數(shù)據(jù)采集儀9對電流波形進行FFT分析，分析結(jié)果輸入到PC機10，PC機10對諧波信號進行處理，并判斷永磁同步電機是否發(fā)生匝間短路故障。

本實施例中，霍爾電流傳感器由兩臺量程為0～15V的穩(wěn)壓電源供電，其信號輸入為永磁同步電機任意一相電流，其信號輸出端由電纜線接尼高力采集儀的一個模擬信號輸入通道，該尼高力采集儀的輸出端口接便攜式計算機的USB口。尼高力采集儀的型號是Dimension 4i。便攜式計算機的型號是聯(lián)想（ThinkPad）E450。永磁同步電機任意一相電流瞬時信號送至尼高力采集儀，尼高力采集儀通過USB接口連接至便攜式計算機。尼高力采集儀將采集到的電流瞬時信號進行FFT分析，再由便攜式計算機對5次諧波和電機轉(zhuǎn)速處理，判斷是否存在失磁故障。該配套軟件基于Windows 7操作系統(tǒng)并采用Visual Studio 2010應用程序開放平臺編制。

通過電流傳感器采集了定子端電流信號，數(shù)據(jù)采集儀對此信號進行FFT分析，并將結(jié)果傳送到計算機，由計算機對諧波含量進行處理，判斷永磁同步電機是否發(fā)生了匝間短路故障。

A.霍爾電流傳感器輸入，為電機定子端三相中的任意一相的電流瞬時信號i_s；采集頻率設(shè)定為5kHz、采樣時間設(shè)定為1s；

B.從尼高力采集儀采集的定子端電流瞬時信號i_s中根據(jù)設(shè)定周期個數(shù)截取電流波形，首先觀察它較正常時電流幅值是否變大波形是否發(fā)生畸變，然后對其進行FFT分析，比較諧波分量較正常時是否發(fā)生變化，進而初步判斷電機發(fā)生匝間短路故障可能性的高低；該步驟是判斷故障存在的可能性，即電流波形發(fā)生畸變且其諧波分量發(fā)生變化只能說明發(fā)生失磁故障的可能性比較高；

C.將尼高力采集儀對電流波形FFT分析結(jié)果傳入到便攜式計算機，確定波形5次諧波分量占基波分量的百分比HRX₅，把它作為5次諧波含量；

D.確定電流波形5次諧波含量HRX₅，把它作為故障特征C；

E.根據(jù)永磁同步電機剛出廠在不同負載、不同轉(zhuǎn)速情況下的5次諧波含量，設(shè)置一個故障預警閥值B，C與故障預警閥值B的比值即為故障因子μ；

F.根據(jù)故障因子μ判斷是否存在失磁故障；首先設(shè)定處于健康狀態(tài)的故障系數(shù)L=1.5，當故障因子μ<1.5，表示電機處于健康狀態(tài)，且其因子越小，健康狀態(tài)越明確；故障因子μ>1.5，表示電機處于匝間短路故障狀態(tài)，且其因子越大，故障狀態(tài)越嚴重。

本系統(tǒng)可以在線診斷永磁同步電機匝間短路故障，不受負載（如負載大小、負載性質(zhì)和波動情況等）和轉(zhuǎn)速的影響（如低速、額定轉(zhuǎn)速和高速情況等），有效克服了傳統(tǒng)方法利用定子電流諧波幅值進行診斷的不足，具有靈敏度高、可靠性強等優(yōu)點。

相同或相似的標號對應相同或相似的部件；

附圖中描述位置關(guān)系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。