多对极永磁同步电机转子局部失磁的故障磁极定位方法技术

本申请涉及一种多对极永磁同步电机转子局部失磁的故障磁极定位方法，其中，永磁同步电机内设置有至少一个探测线圈，方法包括：根据至少一个探测线圈的多个端口电压计算失磁故障监测量，和永磁同步电机的多个转子位置信号计算失磁故障报警值，并根据失磁故障监测量和失磁故障报警值的比值得到失磁故障监测的灵敏度，在灵敏度满足预设失磁条件时，根据从预设的多个工频周期中提取第一和第二分数次谐波瞬时值，得到永磁同步电机参考磁极中心线领先至少一个探测线圈中心线的机械角度，并根据机械角度进行故障磁极定位。由此，解决电机长期失磁运行导致故障恶化的问题，提升多极永磁同步电机的失磁故障修复效率，提高永磁同步电机运行的安全可靠性。电机运行的安全可靠性。电机运行的安全可靠性。

【技术实现步骤摘要】
多对极永磁同步电机转子局部失磁的故障磁极定位方法


[0001]本申请涉及电力系统设备继电保护
，特别涉及一种多对极永磁同步电机转子局部失磁的故障磁极定位方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机因其具有高功率密度、高效率、高可靠性和高转矩等优点，在新能源发电、电动汽车驱动、航空航天及轨道交通等各个领域中得到了越来越广泛的应用。在永磁同步电机中，永磁体是电机正常运行的必要条件，但当电机设计或永磁体制作工艺不当、永磁体发生老化、电机运行温度过高、机械振动、电机发生外部或内部故障等情况下，永磁体可能发生局部磁性减弱甚至完全失磁。永磁同步电机一旦发生不可逆的失磁故障，会严重影响电机的带载能力，而且长期故障运行还会因出现(多分支的)电枢电流增大引起发热、平均转矩减小而脉动转矩增大、机械振动加剧等不良影响，严重时甚至会烧毁永磁同步电机。
[0003]永磁同步电机失磁故障主要有两种类型：均匀失磁故障和局部失磁故障，其中前者指电机所有极下永磁体都发生了失磁故障且失磁程度都一样，这在电机实际运行中的发生概率非常小；更常见的是局部失磁故障，仅部分磁极发生了退磁，而且往往是从1极开始退磁，如果及早发现并进行停机检修，能避免失磁故障扩大到其它极的不可逆式严重后果。
[0004]相关技术中，提出一种同时反应发电机定子和转子内部短路的探测线圈布置方法，提出了一种新型探测线圈，根据电机极对数及定子绕组分布和联接方式而采用特殊的布置方式，理论上，在电机正常运行时这种探测线圈的端口电压为0；而一旦气隙磁场出现不对称性的畸变时，探测线圈端口会出现具有特定周期的交流电压。
[0005]如果在多对极永磁同步电机内安装上述新型探测线圈，电机正常运行工况下，对称的气隙磁场在探测线圈中不会产生端口电压；而当电机发生转子失磁故障时，(所有极下永磁体失磁程度完全相同的概率非常小)每极下磁场分布情况不再相同，气隙磁场中除基波外，还会出现1/P(P为电机的极对数)次、2/P次等分数次谐波，这些故障附加谐波磁场会在探测线圈中感应出相应次数的谐波感应电动势。因此，可以将探测线圈端口电压中的不同分数次谐波(包含1/P次等分数次谐波)作为永磁同步电机转子失磁的故障特征量。
[0006]相关技术还提出一种用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法和系统，采用上述新型探测线圈可在线检测永磁同步电机的局部失磁故障。
[0007]考虑到舰船上使用的永磁推进电机转速较低、极数较多，因此如何对失磁故障极进行定位，有效减少停机检测与维修时间，亟待解决。

技术实现思路

[0008]本申请提供一种多对极永磁同步电机转子局部失磁的故障磁极定位方法，以解决电机长期失磁运行导致故障恶化的问题，提升多极永磁同步电机的失磁故障修复效率，提高永磁同步电机运行的安全可靠性。
[0009]本申请第一方面实施例提供一种多对极永磁同步电机转子局部失磁的故障磁极定位方法，所述永磁同步电机内设置有至少一个探测线圈，其中，所述方法包括以下步骤：
[0010]采集所述至少一个探测线圈的多个端口电压和所述永磁同步电机的多个转子位置信号；
[0011]根据所述多个端口电压计算失磁故障监测量，且根据所述多个转子位置信号计算失磁故障报警值，并根据所述失磁故障监测量和所述失磁故障报警值的比值得到失磁故障监测的灵敏度；以及
[0012]在所述失磁故障监测的灵敏度满足预设失磁条件时，从预设的多个工频周期中提取第一分数次谐波瞬时值和第二分数次谐波瞬时值，并根据所述第一分数次谐波瞬时值和所述第二分数次谐波瞬时值得到所述永磁同步电机参考磁极中心线领先所述至少一个探测线圈中心线的机械角度，并根据所述机械角度进行故障磁极定位。
[0013]根据本申请的一个实施例，所述根据所述多个端口电压计算失磁故障监测量，且根据所述多个转子位置信号计算失磁故障报警值，包括：
[0014]根据所述多个端口电压得到端口电压的多个分数次谐波电压有效值，并根据所述多个转子位置信号计算所述永磁同步电机的实际转速；
[0015]根据所述端口电压的多个分数次谐波电压有效值计算失磁故障监测量，并根据所述实际转速计算所述失磁故障报警值。
[0016]根据本申请的一个实施例，所述失磁故障监测量的计算公式为：
[0017][0018]其中，K为自然数，N为自然数集，P为极对数，为所述端口电压中的K/P次谐波电压有效值；
[0019]所述失磁故障报警值的计算公式为：
[0020][0021]其中，K
tol
为失磁故障监测的可靠系数，n为永磁同步电机的实际转速，u
d_normal
为(校准参数过程中)电机正常运行时探测线圈端口固有电压总有效值，n
normal
为u
d_normal
对应的电机转速。
[0022]根据本申请的一个实施例，在所述失磁故障监测的灵敏度满足所述预设失磁条件之后，还包括：
[0023]生成失磁故障报警信号，并根据所述失磁故障报警信号进行失磁故障报警。
[0024]根据本申请的一个实施例，所述根据所述第一分数次谐波瞬时值和所述第二分数次谐波瞬时值得到所述永磁同步电机参考磁极中心线领先所述至少一个探测线圈中心线的机械角度，包括：
[0025]获取所述第一分数次谐波瞬时值和所述第二分数次谐波瞬时值相等且导数符号相同的目标时刻；
[0026]根据所述目标时刻对应的转子位置信号得到所述永磁同步电机参考磁极中心线
领先所述至少一个探测线圈中心线的机械角度。
[0027]根据本申请的一个实施例，所述根据所述机械角度进行故障磁极定位，包括：
[0028]根据所述机械角度定位发生失磁的故障磁极编号；
[0029]根据所述故障磁极编号进行故障磁极定位。
[0030]根据本申请的一个实施例，所述根据所述机械角度定位发生失磁的故障磁极编号，包括：
[0031]基于预设的故障极定位公式，根据所述机械角度定位发生失磁的故障磁极编号，其中，所述预设的故障极定位公式为：
[0032][0033]其中，θ为转子位置信号，i为参考磁极领先故障磁极的极数。
[0034]根据本身请实施例提出的多对极永磁同步电机转子局部失磁的故障磁极定位方法，其中，永磁同步电机内设置有至少一个探测线圈，通过根据至少一个探测线圈的多个端口电压计算失磁故障监测量，和永磁同步电机的多个转子位置信号计算失磁故障报警值，并根据失磁故障监测量和失磁故障报警值的比值得到失磁故障监测的灵敏度，在灵敏度满足预设失磁条件时，根据从预设的多个工频周期中提取第一和第二分数次谐波瞬时值，得到永磁同步电机参考磁极中心线领先至少一个探测线圈中心线的机械角度，并根据机械角度进行故障磁极定位。由此，解决了电机长期失磁运行导致故障恶化的问题，提升多极永磁同步电机的失磁故障修复效率，提高永磁同步电机运行的安全可靠性。
[0035]本申请第二方面实施例提供一种多对极永磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多对极永磁同步电机转子局部失磁的故障磁极定位方法，其特征在于，所述永磁同步电机内设置有至少一个探测线圈，其中，所述方法包括以下步骤：采集所述至少一个探测线圈的多个端口电压和所述永磁同步电机的多个转子位置信号；根据所述多个端口电压计算失磁故障监测量，且根据所述多个转子位置信号计算失磁故障报警值，并根据所述失磁故障监测量和所述失磁故障报警值的比值得到失磁故障监测的灵敏度；以及在所述失磁故障监测的灵敏度满足预设失磁条件时，从预设的多个工频周期中提取第一分数次谐波瞬时值和第二分数次谐波瞬时值，并根据所述第一分数次谐波瞬时值和所述第二分数次谐波瞬时值得到所述永磁同步电机参考磁极中心线领先所述至少一个探测线圈中心线的机械角度，并根据所述机械角度进行故障磁极定位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个端口电压计算失磁故障监测量，且根据所述多个转子位置信号计算失磁故障报警值，包括：根据所述多个端口电压得到端口电压的多个分数次谐波电压有效值，并根据所述多个转子位置信号计算所述永磁同步电机的实际转速；根据所述端口电压的多个分数次谐波电压有效值计算失磁故障监测量，并根据所述实际转速计算所述失磁故障报警值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述失磁故障监测量的计算公式为：其中，K为自然数，N为自然数集，P为极对数，为所述端口电压中的K/P次谐波电压有效值；所述失磁故障报警值的计算公式为：其中，K
tol
为失磁故障监测的可靠系数，n为永磁同步电机的实际转速，u
d_normal
为电机正常运行时探测线圈端口固有电压的总有效值，n
normal
为u
d_normal
对应的电机转速。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述失磁故障监测的灵敏度满足所述预设失磁条件之后，还包括：生成失磁故障报警信号，并根据所述失磁故障报警信号进行失磁故障报警。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一分数次谐波瞬时值和所述第二分数次谐波瞬时值得到所述永磁同步电机参考磁极中心线领先所述至...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宇光，莫毅，郑泽东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：