【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机故障诊断，具体涉及一种基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法及系统。
技术介绍
1、相较于传统的异步电机，永磁同步电机具有效率高、体积小、功率因数高、损耗低、噪声小等优点，已经被广泛应用于电动汽车、风电机组、航空航天等工业领域。永磁同步电机作为机、电、磁耦合转换的复杂系统，长期工作在变速、变负荷、频繁启停等复杂工况和高温、低温、振动等恶劣多变的工作环境中，使得电机很容易发生各种故障，较为常见的故障种类有匝间短路故障、转子偏心故障和永磁体退磁等。其中，定子绕组缺陷约占机电能量转换装置故障的25％，而大多数的定子绕组缺陷故障是由绝缘故障引起的早期匝间短路故障导致的，如果不及时采取措施进行维护，早期匝间短路故障所产生的巨大环流会在短时间内发展成更严重的相间短路、端部短路、相对地短路等故障，导致整个电机系统瘫痪，故障严重时将对人身安全和财产安全造成威胁，因此，电动汽车用永磁同步电机的匝间短路故障诊断具有重要的实际意义。
2、现有的大多数故障诊断方法专注于电机本身在故障发生后引起的信号变化，通常需要额外增加信号感知设备获取故障诊断信号，如通过增加振动传感器以获取振动信号，再将采集到的振动信号输入计算机设备进行处理，类似方法在故障诊断响应速度上有所欠缺，并且忽视了电机故障对控制器的影响。现有的电机故障诊断方法按照是否能建模可分为以下三类：基于机理模型法、基于人工智能法和基于信号处理法。(1)机理模型法即为基于机理模型的故障诊断方法，该方法通过建立精确的电机模型，将实际值与基于模型分析得到的观测值进行比较来实现故
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法及系统，本专利技术能够有效地诊断永磁同步电机匝间短路故障，无需增加多种传感器或探测线圈，诊断耗时短且鲁棒性高。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，包括下述步骤：
4、s1，获取电机各相的电流；
5、s2，生成电流椭圆轨迹图像并获取各相的电流相矢量幅值；
6、s3，根据各相的电流相矢量幅值求取电流椭圆轨迹图像中的椭圆轨迹倾角；
7、s4，根据椭圆轨迹倾角进行电机匝间短路故障诊断。
8、可选地，步骤s1之后、步骤s2之前还包括：将各相的电流进行模态分解；针对各相进行模态分解得到的模态分量去除高频噪声部分，并采用剩余的模态分量重构各相的电流。
9、可选地，所述针对各相进行模态分解得到的模态分量去除高频噪声部分是指针对各相进行模态分解得到的模态分量，通过快速傅里叶变换绘制各模态分量的频谱图，将频率高于预设阈值的部分作为高频噪声部分去除。
10、可选地，步骤s2中生成电流椭圆轨迹图像包括：根据电机的a、b相的电流在笛卡尔坐标系中绘制a-b轨迹图形，根据电机的b、c相的电流在笛卡尔坐标系中绘制b-c轨迹图形，所述a-b轨迹图形和b-c轨迹图形为以坐标原点为中心的斜椭圆，从而得到由a-b轨迹图形和b-c轨迹图形构成的电流椭圆轨迹图像。
11、可选地，步骤s2中获取各相的电流相矢量幅值时，获取某一相的电流相矢量幅值包括：分别获取该相在每一个预设周期内的电流信号绝对值的最大值，并将多个预设周期内的电流信号绝对值的最大值取平均值作为该相的电流矢量幅值。
12、可选地，步骤s3中根据各相的电流相矢量幅值求取电流椭圆轨迹图像中的椭圆轨迹倾角的函数表达式为：
13、
14、上式中，θxy为椭圆轨迹图形的倾角计算值，下标xy取值为ab或bc，下标xy为ab时表示a-b轨迹图形的椭圆轨迹倾角，下标xy为bc时表示b-c轨迹图形的椭圆轨迹倾角；ixm为x相电流矢量幅值，iym为y相电流矢量幅值，x取值为a或b，y取值为b或c，且x取值为a时y取值为b，x取值为b时y取值为c。
15、可选地，步骤s4包括：根据下式计算故障特征指标fi：
16、
17、上式中，θxy为椭圆轨迹图形的倾角计算值，下标xy取值为ab或bc，下标xy为ab时表示a-b轨迹图形的椭圆轨迹倾角，下标xy为bc时表示b-c轨迹图形的椭圆轨迹倾角；ε为预设阈值；若故障特征指标fi的值为0，则判定电机处于正常运行状态，若故障特征指标fi的值为1，则判定电机发生匝间短路故障。
18、可选地，所述判定电机发生匝间短路故障后，还包括根据确定故障相：若满足条件1，则判定故障相为c相；若满足条件2，则判定故障相为b相；若满足条件3，则判定故障相为a相；
19、条件1：
20、
21、条件2：
22、
23、条件3：
24、
25、上式中，“&&”表示与逻辑，θab为a-b轨迹图形的椭圆轨迹倾角，θbc为b-c轨迹图形的椭圆轨迹倾角。
26、此外，本专利技术还提供一种基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法。
27、此外，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行所述基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法。
28、和现有技术相比，本专利技术主要具有下述优点：
29、1、本专利技术提出的基于电流轨迹的永磁同步电机匝间短路故障诊断方法，该短路故障诊断方法直接获取控制器对电机进行控制所需要的驱动电流信号，不需要增加额外的传感器或探测线圈等设备，简单可靠，成本低，具有很高的工程应用价值。
30、2、本专利技术利用椭圆轨迹倾角作为电机匝间短路故障诊断的依据，能够有效地诊断永磁同步电机匝间短路故障本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，步骤S1之后、步骤S2之前还包括：将各相的电流进行模态分解；针对各相进行模态分解得到的模态分量去除高频噪声部分，并采用剩余的模态分量重构各相的电流。
3.根据权利要求2所述的基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述针对各相进行模态分解得到的模态分量去除高频噪声部分是指针对各相进行模态分解得到的模态分量，通过快速傅里叶变换绘制各模态分量的频谱图，将频率高于预设阈值的部分作为高频噪声部分去除。
4.根据权利要求1所述的基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，步骤S2中生成电流椭圆轨迹图像包括：根据电机的A、B相的电流在笛卡尔坐标系中绘制a-b轨迹图形，根据电机的B、C相的电流在笛卡尔坐标系中绘制b-c轨迹图形，所述a-b轨迹图形和b-c轨迹图形为以坐标原点为中心的斜椭圆，从而得到由a-b轨迹图形和b-c轨迹图形构成的电流椭圆轨迹图像。
5.根据权利要求1所述的
6.根据权利要求5所述的基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，步骤S3中根据各相的电流相矢量幅值求取电流椭圆轨迹图像中的椭圆轨迹倾角的函数表达式为：
7.根据权利要求6所述的基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，步骤S4包括：根据下式计算故障特征指标FI：
8.根据权利要求7所述的基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述判定电机发生匝间短路故障后，还包括根据确定故障相：若满足条件1，则判定故障相为C相；若满足条件2，则判定故障相为B相；若满足条件3，则判定故障相为A相；
9.一种基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断系统，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，所述微处理器被编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，步骤s1之后、步骤s2之前还包括：将各相的电流进行模态分解；针对各相进行模态分解得到的模态分量去除高频噪声部分，并采用剩余的模态分量重构各相的电流。
3.根据权利要求2所述的基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述针对各相进行模态分解得到的模态分量去除高频噪声部分是指针对各相进行模态分解得到的模态分量，通过快速傅里叶变换绘制各模态分量的频谱图，将频率高于预设阈值的部分作为高频噪声部分去除。
4.根据权利要求1所述的基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，步骤s2中生成电流椭圆轨迹图像包括：根据电机的a、b相的电流在笛卡尔坐标系中绘制a-b轨迹图形，根据电机的b、c相的电流在笛卡尔坐标系中绘制b-c轨迹图形，所述a-b轨迹图形和b-c轨迹图形为以坐标原点为中心的斜椭圆，从而得到由a-b轨迹图形和b-c轨迹图形构成的电流椭圆轨迹图像。
5.根据权利要求1所述的基于电流轨迹的电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，步骤s2中获取各相的电流相矢量幅值时，获取某一相的电流相矢量幅...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓飞，余彦媞，黄凤琴，周俊鸿，胡华南，杨旭，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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