[发明专利]永磁同步电机匝间短路故障初期检测方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机匝间短路故障初期检测方法、系统、介质及设备，属于电机故障检测技术领域，此方法包括步骤：1）获取永磁同步电机三相定子电流信号和转子转速信号；2）根据诊断周期内的永磁同步电机转子转速信号，计算出故障特征谐波分量所在的频带范围；3）对永磁同步电机的定子绕组三相电流信号进行连续小波变换处理，将变换结果中处于故障特征谐波分量所在的频带范围之外的小波系数置零并重构，得到重构结果；4）对重构结果进行同步压缩小波变换，重新构造时频分布，得到时频结构；5）基于时频结构进行故障检测。本发明具有计算量小、检测精度高、适用范围广等优点。

技术领域

本发明主要涉及电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机匝间短路故障初期检测方法、系统、介质及设备。

背景技术

随着轨道交通、新能源汽车、风力发电等产业的发展，永磁同步电机由于其高效率、高功率密度和高转矩密度的优势，得到越来越广泛的使用。开展永磁同步电机的故障检测方法研究对于提高驱动系统可靠性、降低维护成本具有重要意义。永磁同步电机中常见的电气故障有定子绕组匝间短路、永磁体永久性退磁、绕组开路、接地短路等，其中占比最高的就是匝间短路故障。电机运行工况复杂多变，频繁工作在过热、过压、冲击、潮湿环境下都可能导致匝间短路故障。该故障的最初形式是定子绕组中相邻两匝线圈之间的绝缘效果退化，产生局部短路现象，短路电流会在故障位置产生高温，导致绝缘效果的进一步退化，即绝缘电阻进一步降低，因而产生更大的短路电流和更高的温度。因此，永磁同步电机一旦出现匝间短路故障，若不能及时发现并采取措施，故障程度在极端工况下会迅速加剧，并随即引发相间短路、永久性退磁等其他类型故障。上述问题都会使电机的性能显著下降，甚至导致电机彻底失去转矩输出能力，给系统及人员安全带来巨大隐患。因此，通过开展永磁同步电机匝间短路故障初期检测方法的研究，实现绝缘电阻恶化程度的持续监测，提高故障识别率，降低故障引起的电机性能损失，并为开展电机故障下的容错控制提供指导。

永磁同步电机匝间短路故障是由于定子绕组相邻线圈之间绝缘损坏导致的，针对初期故障的传统诊断方法多是基于不同短路匝数的检测。实际上，故障初期往往是相邻两匝之间绝缘效果不断恶化，短路电流随之增大，只有当绝缘性能退化到一定程度后才会导致更多匝数的短路。因此，本发明提出了基于相邻线圈之间剩余绝缘能力的初期故障检测方法。

目前对于永磁同步电机匝间短路故障检测的具体方法可划分为三类，基于模型的方法、基于数据驱动的方法和基于信号处理的方法。

基于模型的故障检测方法的主要思想是首先建立正常电机的数学模型，在相同输入情况下，通过检验模型输出和实际系统输出的一致性进行故障判定。虽然该方法能够根据测量到的输出差异检测出故障的发生，但实际中为避免故障误报，阈值设置相对较高，而匝间短路初期故障特征本身就极其微弱，因此导致该方法很难实现故障初期的检测。除此之外，基于模型的方法也不能实现故障发展情况的持续观测，且高度依赖于电机模型的准确性，因此目前基于模型的检测方法已较少使用。

基于数据驱动的方法使用了人工神经网络、模糊逻辑系统、模式识别等人工智能工具，对所提供的历史故障数据进行训练学习，提取数据中与故障相关的隐藏信息构建模型，进而利用实际运行数据实现故障检测。该方法能实现不同故障程度的检测，且保证了较高的诊断精度，但获取匝间短路初期不同绝缘电阻情况下的故障数据存在较大困难。

基于信号处理的方法使用信号处理算法从电流、电压等信号中分离出匝间短路故障相关的特定谐波分量，通过对比分析正常电机的相应谐波做出故障判定。由于传感器直接采集的电机信号具有复杂多变、非平稳特点，因此基于信号处理的方法主要采用了自适应模式分解和时频分析两类方法。