[发明专利]一种基于失电残压的永磁同步电机失磁故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够诊断电动汽车永磁同步电机永磁体失磁故障的方法，属于电动汽车驱动电机故障诊断领域。

背景技术

永磁同步电机因其结构紧凑、体积小、重量轻、效率高、高转矩、功率密度高、工作可靠、噪声低等性能特点，具有电动汽车驱动的最优综合指标，非常适用于电动汽车驱动领域。但电动汽车驱动电机运行环境恶劣，运行工况复杂，转子永磁体受到电、磁、热、机械等应力会产生退磁，一旦永磁体发生不可逆退磁故障，会导致永磁电机性能指标下降、发热和转矩性能变差，严重情况下电机可能失控和报废。同时，由于永磁电机转子上嵌入永磁体，永磁体发生失磁故障是永磁电机特有的故障类型。永磁同步电机在电动汽车领域、风电领域以及航空领域等方面的推广和应用，使得失磁问题更加引人关注。因此，必须实施对永磁同步电机失磁故障诊断的研究。

目前国内专门针对永磁同步电机故障诊断的研究较常规电机故障诊断的研究还相对较少，主要研究也是在国外。较多文献研究提出永磁电机发生失磁故障之后，在其定子电流中将出现(1±k/p)f_e特定频率的附加电流分量(k为正整数，p为极对数，f_e为供电频率)，可以作为失磁故障特征。而电流信号易于采集，因此形成了以定子电流信号为分析对象的不同的失磁故障诊断方法，例如快速傅立叶变换(FFT)方法、希尔伯特黄(HHT)方法、连续小波变换(CWT)方法、离散小波变换方法(DWT)等。但是利用定子电流进行电机转子失磁故障诊断，不论是稳态分析还是暂态分析，仍有一定的局限性：

(1)转子的其他类型故障也会产生与上述相同的谐波，例如动态偏心，导致区分失磁故障与其他类型故障困难。另外，变频器作为驱动电源其输出电压非正弦，含有大量的时间谐波，导致电流中包含大量的谐波成分，这给利用电流谐波诊断失磁故障带来难题。

(2)当转子有轻微失磁故障时，定子电流中故障频率分量相对于基波频率分量的比值很小，若电机运行于轻载时其比值更小，这给信号处理带来困难，使得诊断灵敏度下降。

(3)电动机所拖动的负载有时是不平稳的，负载的摆动使定子电流发生畸变，反映在频谱图上常表现为基波频率的各种调制成分，这些调制成分的谱峰大多分布于主频两侧。这样就导致在频谱图上难以直观地看出有无故障频率分量。

对于正常运行的永磁同步电机，当其失去外加电源电压后，气隙内的旋转磁场仅由转子永磁体产生的磁势提供，在定子绕组中产生感应电压，该电压并不立即减小到零，而是能保持一定的时间。此电压称为失电残余电压，简称失电残压。基于上述情况，本发明提出一种基于失电残压的诊断方法，该方法不仅采集电压信号简单、方便，而且能克服上述利用定子电流进行诊断本身的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于失电残压的电动汽车永磁同步电机失磁故障诊断方法，它能够克服利用定子电流进行诊断带来的缺陷，有效提高诊断电动汽车永磁同步电机失磁故障的准确性。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于失电残压的永磁同步电机失磁故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤（1）利用电压传感器采集转速为n的电机失电瞬间定子端任意一相电压瞬时信号u_s；

步骤（2）从采集的定子端电压瞬时信号u_s中截取自失电时刻起的失电残压波形，观察所述失电残压波形是否发生畸变，并进行频谱分析比较谐波分量是否发生变化，即初步判断发生失磁故障可能性的高低；

步骤（3）对截取的失电残压波形进行频谱变换，确定失电残压波形的基波分量幅值U₁；

步骤（4）确定所述失电残压波形的基波分量的幅值U₁与电机转速n的比值即为故障特征C；

步骤（5）设置故障预警阀值B，所述故障特征C与故障预警阀值B的比值即为故障因子μ。

步骤（6）依据所述故障因子μ判断是否存在失磁故障。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤（2）中截取的失电残压波形为从电机失电瞬间立即进行采样，并且从采样所得电压信号的过零点开始整周期截取，得到待分析的所述失电残压波形。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤（3）中对截取的失电残压波形应用傅立叶变换方法确定基波分量幅值U₁。