永磁同步电机匝间短路故障诊断及其容错控制研究
发布时间：2022-02-04 22:56
永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）因其高效率、高功率密度等优点,已被广泛应用于现代工业及航空航天等领域。永磁同步电机作为机电能量转换机构,若发生故障而未能及时发现,轻则损伤电机本身,重则损坏整个机电设备,造成巨大经济损失,因此对永磁同步电机进行故障诊断与容错控制,是保证永磁同步电机稳定运行十分重要的工作。首先,本文建立了电机正常状态下在abc坐标系和dq坐标系的数学模型,在此基础上通过在短路相引入短路支路的策略,建立了永磁同步电机匝间短路故障下的非线性模型,并重点对故障后的定子绕组电阻、电感参数进行了分析与计算。该模型对于永磁同步电机正常与故障两种状态都适用,避免了仿真研究时频繁切换模型的问题。分别在电机正常状况及故障状况进行了仿真分析,验证了模型构建的正确性。其次,对永磁同步电机故障相电流信号特征提取及分析。采用卡尔曼阶比算法原理提取故障相电流三次谐波成分,根据故障相的三次谐波幅值远大于其他两相的特征判断故障发生的位,将三次谐波幅值随速度变化曲线的斜率作为诊断匝间短路故障严重程度的指标。提出了新型的负序电流计算方法,在匝间短...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种常用的滚动轴承对于电机气隙偏心故障，该现象是动态静态磁场之间相互作用力不稳定而产生的一
1绪论3永磁同步电机内部通常会发生机械故障和电气故障两种。对于前者：常见的故障有由于磨损等原因造成的轴承故障；电机转子与定子之间气隙不均匀导致的气隙偏心故障；由于通风散热设备较差、内部电流过大、周围环境温度过高等产生的过热故障。其中，轴承在永磁同步电机中承担受力和传动的作用，是极其容易磨损的部件，同时也是永磁同步电机最容易发生故障的部件之一。电机轴承的性能优劣直接决定了电机监测及控制器的精度高低。永磁同步电机使用频率最高的轴承可以分为三种类型：深沟球轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承。具体样式如图1.1所示。图1.1几种常用的滚动轴承对于电机气隙偏心故障，该现象是动态静态磁场之间相互作用力不稳定而产生的一种电机机械故障，其不均匀气隙通常是由电机装配不当及轴承磨损等原因导致的。气隙偏心让气隙磁场的稳定性变差，从而使电机相关性能指标不正常。一般情况下，气隙偏心故障同时存在静态与动态两种状态。具体形态如图1.2所示。图1.2静态偏心（左）与动态偏心（右）一般情况下，电机的气隙偏心水平在10%以内的时候不会对电机的正常工作产生影响，但当偏心故障水平超过10%时就会对电机正常工作产生影响。在实际运行中，一般采用电机定子电流信号及铁心振动分析法来诊断电机气隙偏心故障。而对于过热故障，一般情况下，普通工业电机最大能承受40℃左右的温度。因此，在具体的生产实际中，电机过热故障的诊断工作要比电机过热故障的监测工作更加重要。1.2.2电气故障
上稀土储存量最丰富的国家之一，这些丰富的稀土资源储备及开采条件为我国永磁电机产业的发展奠定了坚实的资源基矗目前我国已陆续成功研制了多种起动转矩高、效率高的稀土永磁同步电机[13]。分别由转子和定子构成了PMSM的核心部分，用于励磁的绕组线圈更换为具有永磁性能的永磁铁。当三相电流通入电机时，永磁同步电机的绕组产生的感应电动势波形为正弦波时为正弦波永磁同步电机，波形为梯形时则为梯形波永磁同步电机。本论文研究的电机感应电动势波形类型为正弦波，因此后文中所提到的电机皆为正弦波永磁同步电机，主要构造如图1.3所示。图1.3永磁同步电机结构图永磁同步电机可分为转子和定子两大部分。依据永磁体在铁芯中的安装位置，从而可把结构分为：嵌入式、表贴式与内置式，通常根据电机容量及工业用途来确定电机转子结构的类型，电机定子包括定子电枢绕组和定子铁芯，而电机定子电枢绕组基本上都
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于工业互联网和多传感器数据的电机故障诊断方法[J]. 王建辉,刘朋鹏,韦福东,王辉. 电机与控制应用. 2019(12)
[2]十二相永磁电机驱动系统的容错控制策略[J]. 魏永清,康军,曾海燕,朱鹏. 电工技术学报. 2019(21)
[3]基于MATLAB的永磁同步电机控制系统的仿真[J]. 夏怡,黄敏高. 电气传动自动化. 2019(05)
[4]两相开路六相永磁同步电机的容错控制研究[J]. 王涛,王爱元,孙健,金永星. 微电机. 2019(08)
[5]无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制[J]. 张轩磊. 湖北农机化. 2019(15)
[6]基于四桥臂拓扑的永磁同步电机断相容错控制策略[J]. 孟云平,周新秀,李红,崔业兵. 电工技术学报. 2019(15)
[7]基于磁动势平衡分析的多相感应电机容错控制[J]. 朱鹏,乔鸣忠,于飞,魏永清. 电工技术学报. 2019(S1)
[8]计及模型预测控制的永磁同步电机匝间短路故障诊断[J]. 丁石川,王清明,杭俊,花为,王群京. 中国电机工程学报. 2019(12)
[9]BLDCM两相短路的四步换相容错运行方法[J]. 周奇勋,王坤,刘娜,张玉峰. 电工技术学报. 2019(07)
[10]多相电机容错控制及其关键技术综述[J]. 陶涛,赵文祥,程明,王政. 中国电机工程学报. 2019(02)
博士论文
[1]五相永磁同步电机驱动系统容错控制技术研究[D]. 田兵.哈尔滨工业大学 2018
[2]五相永磁同步电机驱动及容错控制技术研究[D]. 高宏伟.哈尔滨工业大学 2016
[3]感应电动机转子故障诊断方法的研究[D]. 张荣.山东大学 2009
[4]基于EMD和支持向量机的旋转机械故障诊断方法研究[D]. 杨宇.湖南大学 2005
硕士论文
[1]纯电动汽车永磁同步电机故障诊断研究及实现[D]. 刘彦达.安徽工业大学 2018
[2]五相混合式永磁电机容错控制策略研究[D]. 胡永卫.浙江大学 2017
[3]基于自适应滑模观测器的永磁同步电机失磁故障鲁棒诊断方法[D]. 张淼滢.湖南工业大学 2015
[4]电动汽车用永磁同步电机的故障诊断[D]. 杜博超.哈尔滨工业大学 2011
[5]多源信息融合技术在电机故障诊断中的应用研究[D]. 高媛媛.沈阳工业大学 2009
[6]基于小波变换和独立分量分析的感应电动机故障检测和诊断研究[D]. 徐巍.天津理工大学 2008
本文编号：3614096
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种常用的滚动轴承对于电机气隙偏心故障，该现象是动态静态磁场之间相互作用力不稳定而产生的一
1绪论3永磁同步电机内部通常会发生机械故障和电气故障两种。对于前者：常见的故障有由于磨损等原因造成的轴承故障；电机转子与定子之间气隙不均匀导致的气隙偏心故障；由于通风散热设备较差、内部电流过大、周围环境温度过高等产生的过热故障。其中，轴承在永磁同步电机中承担受力和传动的作用，是极其容易磨损的部件，同时也是永磁同步电机最容易发生故障的部件之一。电机轴承的性能优劣直接决定了电机监测及控制器的精度高低。永磁同步电机使用频率最高的轴承可以分为三种类型：深沟球轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承。具体样式如图1.1所示。图1.1几种常用的滚动轴承对于电机气隙偏心故障，该现象是动态静态磁场之间相互作用力不稳定而产生的一种电机机械故障，其不均匀气隙通常是由电机装配不当及轴承磨损等原因导致的。气隙偏心让气隙磁场的稳定性变差，从而使电机相关性能指标不正常。一般情况下，气隙偏心故障同时存在静态与动态两种状态。具体形态如图1.2所示。图1.2静态偏心（左）与动态偏心（右）一般情况下，电机的气隙偏心水平在10%以内的时候不会对电机的正常工作产生影响，但当偏心故障水平超过10%时就会对电机正常工作产生影响。在实际运行中，一般采用电机定子电流信号及铁心振动分析法来诊断电机气隙偏心故障。而对于过热故障，一般情况下，普通工业电机最大能承受40℃左右的温度。因此，在具体的生产实际中，电机过热故障的诊断工作要比电机过热故障的监测工作更加重要。1.2.2电气故障
上稀土储存量最丰富的国家之一，这些丰富的稀土资源储备及开采条件为我国永磁电机产业的发展奠定了坚实的资源基矗目前我国已陆续成功研制了多种起动转矩高、效率高的稀土永磁同步电机[13]。分别由转子和定子构成了PMSM的核心部分，用于励磁的绕组线圈更换为具有永磁性能的永磁铁。当三相电流通入电机时，永磁同步电机的绕组产生的感应电动势波形为正弦波时为正弦波永磁同步电机，波形为梯形时则为梯形波永磁同步电机。本论文研究的电机感应电动势波形类型为正弦波，因此后文中所提到的电机皆为正弦波永磁同步电机，主要构造如图1.3所示。图1.3永磁同步电机结构图永磁同步电机可分为转子和定子两大部分。依据永磁体在铁芯中的安装位置，从而可把结构分为：嵌入式、表贴式与内置式，通常根据电机容量及工业用途来确定电机转子结构的类型，电机定子包括定子电枢绕组和定子铁芯，而电机定子电枢绕组基本上都
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于工业互联网和多传感器数据的电机故障诊断方法[J]. 王建辉,刘朋鹏,韦福东,王辉. 电机与控制应用. 2019(12)
[2]十二相永磁电机驱动系统的容错控制策略[J]. 魏永清,康军,曾海燕,朱鹏. 电工技术学报. 2019(21)
[3]基于MATLAB的永磁同步电机控制系统的仿真[J]. 夏怡,黄敏高. 电气传动自动化. 2019(05)
[4]两相开路六相永磁同步电机的容错控制研究[J]. 王涛,王爱元,孙健,金永星. 微电机. 2019(08)
[5]无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制[J]. 张轩磊. 湖北农机化. 2019(15)
[6]基于四桥臂拓扑的永磁同步电机断相容错控制策略[J]. 孟云平,周新秀,李红,崔业兵. 电工技术学报. 2019(15)
[7]基于磁动势平衡分析的多相感应电机容错控制[J]. 朱鹏,乔鸣忠,于飞,魏永清. 电工技术学报. 2019(S1)
[8]计及模型预测控制的永磁同步电机匝间短路故障诊断[J]. 丁石川,王清明,杭俊,花为,王群京. 中国电机工程学报. 2019(12)
[9]BLDCM两相短路的四步换相容错运行方法[J]. 周奇勋,王坤,刘娜,张玉峰. 电工技术学报. 2019(07)
[10]多相电机容错控制及其关键技术综述[J]. 陶涛,赵文祥,程明,王政. 中国电机工程学报. 2019(02)
博士论文
[1]五相永磁同步电机驱动系统容错控制技术研究[D]. 田兵.哈尔滨工业大学 2018
[2]五相永磁同步电机驱动及容错控制技术研究[D]. 高宏伟.哈尔滨工业大学 2016
[3]感应电动机转子故障诊断方法的研究[D]. 张荣.山东大学 2009
[4]基于EMD和支持向量机的旋转机械故障诊断方法研究[D]. 杨宇.湖南大学 2005
硕士论文
[1]纯电动汽车永磁同步电机故障诊断研究及实现[D]. 刘彦达.安徽工业大学 2018
[2]五相混合式永磁电机容错控制策略研究[D]. 胡永卫.浙江大学 2017
[3]基于自适应滑模观测器的永磁同步电机失磁故障鲁棒诊断方法[D]. 张淼滢.湖南工业大学 2015
[4]电动汽车用永磁同步电机的故障诊断[D]. 杜博超.哈尔滨工业大学 2011
[5]多源信息融合技术在电机故障诊断中的应用研究[D]. 高媛媛.沈阳工业大学 2009
[6]基于小波变换和独立分量分析的感应电动机故障检测和诊断研究[D]. 徐巍.天津理工大学 2008
本文编号：3614096
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