[发明专利]基于数字孪生技术的永磁同步电动机故障检测和识别方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生技术的永磁同步电动机故障检测和识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据健康运行状态下内置式永磁同步电动机的机电参数，构建与所述内置式永磁同步电动机物理实体结构相同的数字孪生体；

S2、计算并输出所述数字孪生体转矩角δ_h；

S3、测量并输出实际运行状态下内置式永磁同步电动机物理实体的转矩角δ；

S4、根据所述数字孪生体转矩角δ_h与物理实体的转矩角δ的大小关系，判断实际运行状态下内置式永磁同步电动机物理实体是否发生故障。

2.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的永磁同步电动机故障检测和识别方法，其特征在于，所述步骤S1，包括：

S11、根据内置式永磁同步电动机的机电参数，建立基于二维有限元的内置式永磁同步电动机模型；

S12、根据实际三相逆变器的电气参数，建立基于矢量控制的三相逆变器模型。

3.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的永磁同步电动机故障检测和识别方法，其特征在于，所述步骤S1中，构建dq坐标系下健康运行的内置式永磁同步电动机数学模型为：

ψ_d＝ψ_f+L_di_d

ψ_q＝L_qi_q

其中，对应内置式永磁同步电动机物理实体的三相定子电压d轴分量；对应内置式永磁同步电动机物理实体的三相定子电压q轴分量；R₁为定子绕组相电阻；i_d,i_q分别为三相定子电流d轴分量、q轴分量；ψ_d,ψ_q分别为定子磁链d轴分量、q轴分量；ω_e为转子旋转电角速度；ψ_f为定子绕组永磁磁链；L_d,L_q分别为d轴、q轴电感；U_s为定子电压空间矢量幅值；δ_h为转矩角。

4.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的永磁同步电动机故障检测和识别方法，其特征在于，所述步骤S1，还包括考虑温度的影响建立数字孪生体的步骤：

绕组电阻在不同温度值下的计算使用下式进行修正：

R_s(T)＝R_sa[1+α_R(T-T_ambient)]

其中，R_sa为环境温度T_ambient下的绕组电阻R₁；T为电机的工作温度；α_R＝0.00393为铜的温度系数。

5.如权利要求2所述的一种基于数字孪生技术的永磁同步电动机故障检测和识别方法，其特征在于，所述步骤S2，包括：

通过数字孪生体中基于矢量控制的三相逆变器模型的比例积分电流调节器提供的d、q轴指令电压和计算得到数字孪生体转矩角，

6.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的永磁同步电动机故障检测和识别方法，其特征在于，所述步骤S3，包括：

测量实际工作状态下的内置式永磁同步电动机物理实体的三相定子电压d轴分量u_d和三相定子电压q轴分量u_q，计算得到实时工作状态下实际内置式永磁同步电动机物理实体的转矩角，

7.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的永磁同步电动机故障检测和识别方法，其特征在于，所述步骤S4，包括；

若δ＜δ_h+Δδ，则表示发生了匝间短路故障；

若δ＞δ_h+Δδ，则表示发生了退磁故障；

其中，Δδ是补偿永磁同步电动机运行期间转矩角波动的阈值，受负载波动影响，Δδ在实际系统上测试获得。