一种基于零序电感的永磁同步电机故障判定方法技术

一种基于零序电感的永磁同步电机故障判定方法，涉及一种电机故障判定方法。目前需要用到零序电感时，常从电机的物理模型来推导计算，实现方法比较复杂，计算量大，对永磁同步电机控制器的数据计算处理能力要求较高。在本技术方案中对零序电感计算直接从现有的三相永磁同步电机绕组磁链入手，从dqo到abc的坐标变换获得三相绕组的磁链，通过相磁链表达式求出零序电感，进而得出永磁同步电机相自感和互感表达式求出自感和互感，与永磁同步电机控制器中正常的自感和互感进行比较，确定那一相绕组故障。利用永磁同步电机矢量控制中的参数变量，控制器数据计算量大幅度减少，永磁同步电机绕组若有故障能及时得到响应。

【技术实现步骤摘要】
一种基于零序电感的永磁同步电机故障判定方法
本专利技术涉及一种电机故障判定方法，尤其指一种基于零序电感的永磁同步电机故障判定方法。
技术介绍
随着电力电子技术的飞速进步和永磁同步电机矢量控制技术的不断深入发展，永磁同步电机在工业控制等领域里的应用日益广泛。当永磁同步电机处于过载运行和负载搭配不当状态时，尤其是在启动时，永磁同步电机定子电流增大导致发热，时间过长时极易出现绕组电流不平衡；当定子内膛进入灰尘和杂物、受潮、转子与定子绕组磨擦等问题时，易造成匝间短路产生三相不平衡。电机三相电流间的内在关系即三相电流之和等于零将不再成立。此时唯一的方法是在dq变量的基础上增加零序分量来进行变换。此种方法与感应电动机模型很类似，永磁同步电机只需要考虑定子绕组即可。目前需要用到零序电感时，常从电机的物理模型来推导计算，实现方法比较复杂，计算量大，对永磁同步电机控制器的数据计算处理能力要求较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种基于零序电感的永磁同步电机故障判定方法，以目的。为此，本专利技术采取以下技术方案。一种基于零序电感的永磁同步电机故障判定方法，其特征在于包括以下步骤：1)计算零序电流io值；提取永磁同步电机矢量控制运行中的参数：q轴磁链d轴磁链永磁同步电机控制器AD检测所得a相电流ias、b相电流ibs和c相电流ics；计算零序电流io：io＝1/3(ias+ibs+ics)2)计算dqo坐标系下稳态定子交轴电流和直轴根据步骤1)获得的参数值，通过下式计算得出和值；其中θr为转子转角，通过提取永磁同步电机矢量控制运行中的转子转角参数值直接获得；3)计算交轴电感Lq，直轴电感Ld；根据dqo坐标系统下的磁链和表达式：计算交轴电感Lq，直轴电感Ld；其中ψaf为永磁体产生电枢磁链，为电机固定参数值；4)计算出当前状态下永磁同步电机的零序电感Lo值；根据a相磁链的表达式：计算出当前状态下永磁同步电机的Lo值；5)计算永磁同步电机的自感Laa和互感Lab和Lac值；根据永磁同步电机a相自感和互感表达式：Laa＝2/3{Lo/2+(Lq+Ld)/2+((Lq-Ld)/2)cos2θr}＝Lo/3+(Lq+Ld)/3+((Lq-Ld)/3)cos2θrLab＝-2/3{-Lo/2+(Lq+Ld)/4+((Lq-Ld)/2)}cos2(θr+30°)}＝-{-Lo/3+(Lq+Ld)/6+((Lq-Ld)/3)cos2(θr+30°)}Lac＝-2/3{-Lo/2+(Lq+Ld)/4+{(Lq-Ld)/2)}cos2(θr+150°)}＝-{-Lo/3+(Lq+Ld)/6+((Lq-Ld)/3)cos2(θr+150°)}计算出永磁同步电机的自感和互感Laa、Lab和Lac值；6)a相绕组故障判断；把计算所得a相自感值Laa与控制器矢量控制初始输入的永磁同步电机参数自感值或永磁同步电机控制参数辨识获得的自感值进行比较，若两者的差值超过设定值时，则报a相绕组故障；7)b相绕组故障判断；把计算所得a相互感值Lab与控制器矢量控制初始输入的永磁同步电机参数互感值或永磁同步电机控制参数辨识获得的互感值进行比较，若两者的差值超过设定值时，则报b相绕组故障；8)c相绕组故障判断；把计算所得a相互感值Lab与控制器矢量控制初始输入的永磁同步电机参数互感值或永磁同步电机控制参数辨识获得的互感值进行比较，若两者的差值超过设定值时，则报c相绕组故障。在本技术方案中对零序电感计算直接从现有的三相永磁同步电机绕组磁链入手，从dqo到abc的坐标变换获得三相绕组的磁链，通过相磁链表达式求出零序电感，进而得出永磁同步电机相自感和互感表达式求出自感和互感，与永磁同步电机控制器中正常的自感和互感进行比较，确定那一相绕组故障。利用永磁同步电机矢量控制中的参数变量，控制器数据计算量大幅度减少，永磁同步电机绕组若有故障能及时得到响应。作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本专利技术还包括以下附加技术特征。在步骤2)计算dqo坐标系下稳态定子交轴电流和直轴时，假设三相绕组的每一相绕组匝数为T1,并且电流的幅值相等，则根据磁动势相等原则，两项绕组每一项绕组的匝数为3T1/2。通过将三相磁动势沿d轴与q轴方向分解得到两相d轴与q轴的磁动势。还包括零序电感Lo突变判断，当当前计算获得的零序电感Lo与之前的零序电感Lo’的差值超过设定值时，判定电机故障，停机等待处理。有益效果：本技术方案直接用永磁同步电机矢量控制中的参数变量，控制器数据计算量大幅度减少，永磁同步电机绕组若有故障能及时得到响应。避免重复计算，有效提高计算速度，同时降低对硬件的要求，对于在矢量控制中的永磁同步电机故障识别，简单实用有效，在任何情况下均可实现及时准确地在线故障判定。附图说明图1是本专利技术流程图。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。电机三相坐标系到两相坐标系的变换中，两相系统与三相系统的等效是以两相系统和三相系统产生相等的磁动势及相等的电流幅值为准则。如图1所示，本专利技术包括以下步骤：步骤1):计算零序电流io值；假设有零序电感Lo、则有零序磁链Ψo；利用永磁同步电机矢量控制运行中可以提取参数有q轴磁链d轴磁链永磁同步电机控制器AD检测所得a相电流ias、b相电流ibs和c相电流ics；由此可得零序电流io表示如下io＝1/3(ias+ibs+ics)(式18)步骤2):假设三相绕组的每一相绕组匝数为T1,并且电流的幅值相等，则根据磁动势相等原则，两项绕组每一项绕组的匝数应为3T1/2。通过将三相磁动势沿d轴与q轴方向分解可以得到两相d轴与q轴的磁动势。方程两边的共有项，如绕组匝数等将被消去，从而得到电流等式。则dqo与abc坐标系下电流ias、ibs、ics的关系可以写成由此式可以计算得出和值；式中和为dqo坐标系下稳态定子交轴和直轴电流。步骤3)：根据dqo坐标系统下的磁链和表达式，可以计算出Ld和Lq值；在dqo坐标系下的永磁同步电机的磁链表达式为ψo＝Loio(式22)步骤4):dqo坐标系下的磁链和ψo通过dqo到abc三相坐标系变换，可以得到电机相磁链ψas，其表达的值如下将dqo坐标下磁链和ψo的表达式代入到相磁链表达式中，io用相电流ias、ibs和ics表示，可以得到a相磁链的表达式，由此式计算出当前状态下永磁同步电机的Lo值；步骤5):在abc三相坐标系统下a相磁链ψas可以用自感磁链和互感磁链表示，进而可以写成相应电感与电流的表达式如下ψas＝Laaias+Labibs+Lacics+Ψafsinθr(式25)通过对比式24和式25可得到永磁同步电机a相自感和互感表达式为Laa＝2/3{Lo/2+(Lq+Ld)/2+((Lq-Ld)/2)cos2θr}＝Lo/3+(Lq+Ld)/3+((Lq-Ld)/3)cos2θr(式26)Lab＝-2/3{-Lo/2+(Lq+Ld)/4+((Lq-Ld)/2)}cos2(θr+30°)}＝-{-Lo/3+(Lq+Ld)/6+((Lq-Ld)/3)cos2(θr+30°)}(式27)Lac＝-2/3{-Lo/2+(Lq+Ld)/4+{(Lq-Ld)/2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于零序电感的永磁同步电机故障判定方法，其特征在于包括以下步骤：1)计算零序电流io值；提取永磁同步电机矢量控制运行中的参数：q轴磁链d轴磁链永磁同步电机控制器AD检测所得a相电流ias、b相电流ibs和c相电流ics；计算零序电流io：io＝1/3(ias+ibs+ics)2)计算dqo坐标系下稳态定子交轴电流和直轴根据步骤1获得的参数值，通过下式iqsridsrio=23cosθrcos(θr-2π3)cos(θr+2π3)sinθrsin(θr-2π3)sin(θr+2π3)121212iasibsics]]>计算得出和值；其中θr为转子转角，通过提取永磁同步电机矢量控制运行中的转子转角参数值直接获得；3)计算交轴电感Lq，直轴电感Ld；根据dqo坐标系统下的磁链和表达式：ψqsr=Lqiqsr]]>ψdsr=Ldidsr+ψaf]]>计算交轴电感Lq，直轴电感Ld；其中ψaf为永磁体产生电枢磁链，为电机固定参数值。4)计算出当前状态下永磁同步电机的零序电感Lo值；根据a相磁链的表达式：ψas＝ias[2/3{Lo/2+(Lq+Ld)/2+((Lq‑Ld)/2)cos 2θr}]+ios[‑2/3{‑Lo/2+(Lq+Ld)/4+((Lq‑Ld)/2)2cos(θr+30°)}]+((Lq‑Ld)/2)2cos(θr+150°)}]+ψafsinθr计算出当前状态下永磁同步电机的Lo值；5)计算永磁同步电机的自感Laa和互感Lab和Lac值；根据永磁同步电机a相自感和互感表达式：Laa＝2/3{Lo/2+(Lq+Ld)/2+((Lq‑Ld)/2)*2cos 2θr}＝Lo/3+(Lq+Ld)/3+((Lq‑Ld)/3)cos2θrLab＝‑2/3{‑Lo/2+(Lq+Ld)/4+{(Lq‑Ld)/2}cos(θr+30°)}＝‑{‑Lo/3+(Lq+Ld)/6+((Lq‑Ld)/3)cos 2(θr+30°)]Lac＝‑2/3{‑Lo/2+(Lq+Ld)/4+{(Lq‑Ld)/2}cos(θr+150°)}＝‑{‑Lo/3+(Lq+Ld)/6+((Lq‑Ld)/3)cos 2(θr+150°)]计算出永磁同步电机的自感和互感Laa、Lab和Lac值；5)a相绕组故障判断；把计算所得a相自感值Laa与控制器矢量控制初始输入的永磁同步电机参数自感值或永磁同步电机控制参数辨识获得的自感值进行比较，若两者的差值超过设定值时，则报a相绕组故障；6)b相绕组故障判断；把计算所得a相互感值Lab与控制器矢量控制初始输入的永磁同步电机参数互感值或永磁同步电机控制参数辨识获得的互感值进行比较，若两者的差值超过设定值时，则报b相绕组故障；7)c相绕组故障判断；把计算所得a相互感值Lac与控制器矢量控制初始输入的永磁同步电机参数互感值或永磁同步电机控制参数辨识获得的互感值进行比较，若两者的差值超过设定值时，则报c相绕组故障。...

【技术特征摘要】
1.一种基于零序电感的永磁同步电机故障判定方法，其特征在于包括以下步骤：1)计算零序电流io值；提取永磁同步电机矢量控制运行中的参数：q轴磁链d轴磁链永磁同步电机控制器AD检测所得a相电流ias、b相电流ibs和c相电流ics；计算零序电流io：io＝1/3(ias+ibs+ics)2)计算dqo坐标系下稳态定子交轴电流和直轴根据步骤1)获得的参数值，通过下式计算得出和值；其中θr为转子转角，通过提取永磁同步电机矢量控制运行中的转子转角参数值直接获得；3)计算交轴电感Lq，直轴电感Ld；根据dqo坐标系统下的磁链和表达式：计算交轴电感Lq，直轴电感Ld；其中ψaf为永磁体产生电枢磁链，为电机固定参数值；4)计算出当前状态下永磁同步电机的零序电感Lo值；根据a相磁链的表达式：计算出当前状态下永磁同步电机的Lo值；5)计算永磁同步电机的自感Laa和互感Lab和Lac值；根据永磁同步电机a相自感和互感表达式：Laa＝2/3{Lo/2+(Lq+Ld)/2+((Lq-Ld)/2)cos2θr}＝Lo/3+(Lq+Ld)/3+((Lq-Ld)/3)cos2θrLab＝-2/3{-Lo/2+(Lq+Ld)/4+((Lq-Ld)/2)}cos2(θr+30°)}＝-{-Lo/3+(Lq+Ld)/6+((Lq-Ld)/3)cos2(θr+30°)}Lac＝-2/3{-Lo/2+(Lq+Ld)/4+{(Lq-Ld)/2)}cos2(θr+...

【专利技术属性】
技术研发人员：周家涛，姜泽，
申请(专利权)人：卧龙电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33