电动汽车永磁同步电机及驱动器故障诊断研究

发布时间：2020-05-25 20:33

【摘要】：能源与环境问题逐渐成为了人们关注的焦点,各国政府越来越重视对新型节能环保交通工具的研发,电动汽车就是其中的一大研究热点。永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简写为PMSM)作为电动汽车的关键部件,具有高功率密度、高功率因数、高转矩比等优点,因此非常适用于结构紧凑的混合动力车与电动汽车中。但由于其工作原理与工作环境等因素,故障率较高。因此针对不同工作场合、不同运行状态下的电机及驱动系统进行故障诊断研究,是提高系统可靠性与安全性的保障。本文以永磁同步电机为研究对象,重点研究定子绕组短路故障、转子失磁故障及逆变器开路故障,采用零序电压分量(Zero Sequence Voltage Component,简写为ZSVC)法、基于滑模观测器(Sliding Mode Observer,简写为SMO)的方法与基于电流残差的滑模观测器法分别对上述三种故障进行诊断,实现了较好的诊断效果。所做工作包括:首先,通过阅读大量文献,深入了解永磁同步电机的组成结构及工作原理,在此基础上总结其常发生的故障类型,以及针对每种故障所用的故障诊断方法,对故障类型与诊断方法进行对比分析,为后文所进行的研究提供理论基础。其次,对永磁同步电机定子绕组最常见的短路故障,匝间短路故障与相接地故障进行研究,深入分析故障后数学模型的变化。针对匝间短路故障,建立加入零序电压后,健康状态下与故障情况下永磁同步电机的数学模型,并且建立相应的故障指标来区分出故障。针对相接地故障,分别建立其故障后的电压方程。通过仿真验证,表明本章所用的故障诊断方法能较好地检测并诊断出故障,且精度较高。然后,针对PMSM转子失磁故障,根据失磁故障后磁链的变化,建立故障后的状态方程,利用滑模观测器对其进行故障诊断。利用Lyapunov稳定性理论证明所设计的滑模观测器具有很好的稳定性。仿真结果表明在一定程度上减弱了系统的抖振现象,并能对失磁故障进行很好的故障检测。最后,针对PMSM逆变器开路故障,设计基于电流残差的滑模观测器对故障进行诊断。针对逆变器单个桥臂发生两个开关管开路的情况,建立其故障后的状态方程,设计滑模观测器对其电流量进行观测,将观测值与设定阈值进行对比分析,若超过阈值,则表明发生故障。通过仿真验证了该理论的可行性。
【图文】：

图 2.3 永磁同步电机逆变器拓扑图压型逆变器由 6 个电力半导体器件组成，在实际的电驱动应用中，逆直流电能之间的转换外，还能够实现电压电流的变频控制。随着半导变器所用的半导体电力器件逐渐从不控型、半控型，发展成了全控型型晶体管(IGBT)是当今逆变器中常用的功率器件。M 的数学模型静止坐标系下，PMSM 正常运行时的电压方程为： 程为：

电动汽车永磁同步电机及驱动器故障诊断研究PMSM 的运动方程为： 其中， 为转动惯量， 为电磁转矩， 为负载转矩， 为摩擦系数， 为转子位置转速。PMSM 定子绕组开路故障模型的建立由星形连接的三相永磁同步电机定子绕组，与逆变器相连接，当绕组中的某相路故障时，会引起很大的电磁转矩与波动并且会导致严重的机械故障。假设定 C 相发生开路故障，，如图 2.4 所示。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341

【参考文献】

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本文编号：2680708