收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

内嵌式永磁同步电机转子偏心故障诊断方法的研究

刘子剑  
【摘要】:近年,永磁同步电机开始应用在高铁、磁悬浮等调速场合,它们的可靠运行对人类社会的生产和生活有着愈发重要的意义,因此研究针对永磁同步电机的状态监测和故障诊断方法具有非常现实的必要性。作为常见的电机故障之一,转子偏心导致不平衡磁拉力,如果没有及时发现或采取有效的维护措施,不平衡磁拉力会加重偏心程度,最终导致定转子碰撞。碰撞的机械应力可能损伤定子绝缘和转子磁钢,进而使问题恶化。因此,本文以一种电动汽车用内嵌式永磁同步电机为研究对象,针对内嵌式永磁同步电机的稳态和非稳态运行工况,从偏心电机建模、基于模型的故障诊断,和基于高级信号数据处理技术的故障诊断这三个方面深入研究了内嵌式永磁同步电机的转子偏心故障诊断方法。在偏心电机建模方面,针对P对极分布绕组的内嵌式永磁同步电机,本文采用改进绕组函数法,建立了能够模拟转子偏心故障的电机模型。所建立的模型得到了二维有限元仿真结果的验证。通过仿真分析静态偏心、动态偏心和混合偏心三种状态下定子电感、永磁体磁链和定子绕组空载反电势的变化,确认只有混合偏心才能在电机电流中产生偏心故障特征,并发现定子电感的畸变是电机电流出现偏心故障谐波的最主要根源。此外,所建立的仿真模型被用于检验文中后续提出的故障诊断方法的可行性,以及预测诊断效果。针对内嵌式永磁同步电机的稳态运行工况,本文依次从频域和时域,提出了两种基于模型的在线偏心故障诊断方法。首先,本文针对内嵌式永磁同步电机,提出了基于无近似展开改进绕组函数法的电感模型,以更加准确地分析定子电感与转子偏心度之间的定量关系。所提出的模型能够考虑实际定子绕组的分布结构,而且不需要对匝函数和偏心函数作近似展开就能实现定子电感的计算。然后,利用所提出的定子电感模型,本文从频域的角度深入研究了 dq同步旋转坐标系下定子电感的偏心特征分别与偏心度和初始偏心角的定量关系,在dq坐标系提出了偏心故障下的电感矩阵表达式。在此基础之上,受到无位置传感器控制技术的启发,随后提出了一种基于高频d轴电感波动的在线频域偏心故障诊断方法,解决了现有文献中基于激励注入的偏心故障诊断方法仅能用于离线电机的不足。该方法有两个显著优势。其一,在满足电流传感器精度的前提下,所注入的高频正弦脉振电压幅值越低,诊断效果越好,因此对系统运行的影响较小。其二,该方法不会混淆偏心和(局部)退磁故障,其故障指标能显著区分转子偏心度,结合对永磁体磁链幅值的估计,可以同时诊断转子偏心故障和永磁体退磁故障。尽管该方法不需要电机离线,但它需要对实时估算的高频d轴电感做快速傅里叶变换(FFT),而目前面向电机控制的嵌入式数字信号处理器(DSP)因存储空间和计算速率的限制,其FFT结果往往达不到故障诊断的要求,影响诊断的实时性。使得最后的频谱分析需要借助上位机或附加专用芯片实现。因此,为了能够实现完全实时的偏心状态监测方法,本文继续将前述提出的偏心故障下的电感矩阵表达式从dq坐标系变换到aβ静止坐标系,然后利用电流矢量瞬态变化轨迹,提出了用于诊断内嵌式永磁同步电机偏心故障的倒瞬态复电感矢量理论以及一种特殊的高频电压序列注入方法,最终实现了纯时域且实时可视化的电机偏心状态在线监测方法。该方法摆脱了对FFT依赖,仅需要若干步的代数运算,能够完全由DSP执行,不会给DSP增加负担。该方法的偏心故障指标的绝对值与总体偏心度成正相关,而且能显著区分偏心故障和退磁故障。由于该方法的时域矢量轨迹图会随电机转速的升高而畸变,因此该方法更适用于电机低速运行工况的偏心诊断。鉴于前述基于模型的方法仅能用于电机稳态运行场合,而非稳态运行场合的诊断一般需要使用信号处理技术实现,因此针对内嵌式永磁同步电机的非稳态运行工况,本文提出了一种基于高级信号数据处理技术的故障诊断方法。首先,本文对一类高精度参数估计方法进行改进,将高精度参数估计方法从频域拓展到了时频域,提出了一种自适应短时细化矩阵束的时频分析方法,用于诊断非稳态运行工况的偏心故障。该方法能够在任何工况下都保持高计算效率,不需要人工调整参数。其次,在转速和负载有波动的似稳态工况,高精度参数估计方法会出现估计结果不一致的问题。为了解决这一问题,本文通过引入蒙特卡洛估计和分布拟合,提出了一种故障特征提取方法,用于对时频分析方法产生的大量估计样本做进一步数据处理,最终获得近似无偏的故障特征频率和幅值。整个方法不仅可以用于检测转子偏心故障,还可以用于检测其它转子故障。同时该方法也继承了信号处理技术的不足,即,诊断过程计算量大,需要在上位机实现,而且不能区分偏心和局部退磁故障,需要和基于模型的方法结合使用。本文所提出的三种方法具有各自的优点和不足,适用于不同的运行场合和需求。提出的全部理论和方法的正确性和有效性均得到了仿真和实验的充分验证。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前12条
1 齐春叶;;试析永磁同步电机在机车上的运用[J];内燃机与配件;2018年24期
2 陆刚;;透析永磁同步电机的应用技术[J];电源世界;2018年04期
3 闫荣妮;王瑞男;张伟;;永磁同步电机控制策略研究[J];防爆电机;2018年04期
4 杨立超;王赫;于海蒂;;内置式永磁同步电机结构与电磁耦合分析[J];内燃机与配件;2018年20期
5 张小媛;董正刚;李祥志;;永磁同步电机的振动控制研究[J];科技创新导报;2018年21期
6 苏鸣翰;;永磁同步电机的模糊控制研究[J];鞍山师范学院学报;2016年04期
7 于慎波;李红;翟凤军;钟双双;夏鹏澎;;基于nCode Design-Life的永磁同步电机主轴的疲劳特性分析[J];组合机床与自动化加工技术;2017年01期
8 赵长春;刘凤春;;基于模糊迭代的永磁同步电机位置跟踪控制[J];计算机仿真;2016年12期
9 胡余生;曾学英;陈彬;;热配合下永磁同步电机的铁损分析及优化[J];微电机;2016年12期
10 胡静;尚俊云;米乾宝;;永磁同步电机转动惯量辨识研究[J];微电机;2016年12期
11 张志伟;张天一;;永磁同步电机系统的无速度传感器研究[J];传感器与微系统;2017年02期
12 李立毅;张江鹏;闫海媛;于吉坤;;高过载永磁同步电机的电磁特性[J];电工技术学报;2017年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 才立忠;吴卫楠;饶界;卢有君;李艳斌;;基于耦合场仿真的永磁同步电机噪声分析[A];2016中国汽车工程学会年会论文集[C];2016年
2 张立军;方杰;王心坚;孟德建;;永磁同步电机电磁振动多场耦合建模与分析[A];2016中国汽车工程学会年会论文集[C];2016年
3 徐煜昊;夏加宽;李天元;;电动汽车驱动用永磁同步电机的设计与分析[A];第十四届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2017年
4 宋得雪;聂磊;彭兵;;分数槽交替极永磁同步电机齿槽转矩优化分析[A];第十四届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2017年
5 董新宇;赵希梅;;基于滑模控制的永磁同步电机直接转矩控制[A];第十四届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2017年
6 王正祥;于明湖;;压应力对压缩机用永磁同步电机铁损的影响及改善分析[A];2016年中国家用电器技术大会论文集[C];2016年
7 李风辉;董婷;;电动汽车用多相永磁同步电机的设计与分析[A];第十三届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2016年
8 雷鸣凯;朱国昕;;永磁同步电机带遗忘因子的迭代学习控制[A];第十三届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2016年
9 李生祥;韩雪岩;;高速永磁同步电机三维全域温度场数值计算[A];第十二届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2015年
10 张東星;杨霞;;一种改进的SVPWM永磁同步电机控制系统研究[A];第十二届沈阳科学学术年会论文集(理工农医)[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李福;永磁同步电机的改进型离散域电流控制策略研究[D];重庆大学;2018年
2 刘子剑;内嵌式永磁同步电机转子偏心故障诊断方法的研究[D];浙江大学;2018年
3 曾德鹏;多单元永磁同步电机无机械负荷间接测试方法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
4 于吉坤;高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
5 胡耀华;电动汽车用内置式永磁同步电机的研究[D];南京航空航天大学;2017年
6 王东东;同步电机及虚拟同步电机的等效Lorenz模型及稳定性分析[D];华南理工大学;2017年
7 肖海峰;永磁同步电机精确控制方法及若干关键问题研究[D];西北工业大学;2016年
8 邓惟滔;永磁同步电机系统参数辨识与转矩波动抑制[D];天津大学;2017年
9 乔峰;永磁同步电机驱动系统几类自适应控制策略研究[D];山东大学;2018年
10 陆婋泉;永磁同步电机无传感器矢量控制技术研究[D];东南大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓光;汽车风机用永磁同步电机无位置控制系统研究与实现[D];华中科技大学;2017年
2 祝媛;基于XMC4500的压机用永磁同步电机电液伺服系统硬件设计与实现[D];华中科技大学;2017年
3 罗成;电动汽车多盘式永磁同步电机驱动控制系统设计[D];华中科技大学;2017年
4 蒋智;基于改进电流模型的永磁同步电机无速度传感器控制[D];湖南大学;2016年
5 盛麟皓;永磁同步电机滑模预测控制及转速同步协调研究[D];辽宁工程技术大学;2018年
6 葛如愿;基于自抗扰的永磁同步电机直接转矩滑模控制研究[D];大连交通大学;2018年
7 黄钟;双转子永磁同步电机直接转矩控制系统设计[D];湖南大学;2014年
8 张乘玮;永磁同步电机无位置传感器控制技术的研究[D];华中科技大学;2017年
9 尹小敏;永磁同步电机的弱磁控制研究[D];天津科技大学;2018年
10 杨双飞;基于模块化多电平换流器的虚拟同步电机控制技术研究[D];华北电力大学(北京);2018年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 陈正军;嵊州,奏响产业升级进行曲[N];绍兴日报;2017年
2 申军平 雷冬梅;永磁同步电机承担主牵引驱动[N];运城日报;2010年
3 张永法;F2TP永磁同步电机掀起节能革命[N];中国纺织报;2007年
4 刘文硕;永磁同步电机助推纺织机节能[N];中国工业报;2007年
5 杨建光;永磁同步电机牵引系统研发取得突破[N];人民铁道;2015年
6 刘文硕;高效永磁同步电机降低设备电力损耗[N];中国纺织报;2007年
7 吴涛;永铜选厂球磨机同步电机励磁装置改造成功[N];中国有色金属报;2005年
8 ;超高速防爆变频调速同步电机研制成功[N];中国技术市场报;2011年
9 本报记者 丁波;“上上下下”更绿色[N];解放日报;2005年
10 记者 李文峰 通讯员 姜尚昆 易臣;全球首套盾构机永磁同步电机交付[N];湖南日报;2016年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978