一種基于永磁同步電機(jī)防失磁診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電機(jī)磁場(chǎng)的診斷方法，尤其是涉及一種基于永磁同步電機(jī)防失磁 診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)在各種調(diào)速系統(tǒng)中 的應(yīng)用越來(lái)越多。由變頻器供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)再加上轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)控制系統(tǒng)即構(gòu)成自 同步永磁電動(dòng)機(jī)，它既具有電勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)異調(diào)速性能，又可W實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷化，送在 要求高控制精度與高可靠性的場(chǎng)合，如航天、航空、電加工中必、數(shù)控機(jī)床、電動(dòng)汽車(chē)、機(jī)器 人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備與家用電器等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 永磁同步電動(dòng)機(jī)采用永磁體勵(lì)磁，嵌入電機(jī)內(nèi)的永磁體是其重要的結(jié)構(gòu)部件，它 的磁性能直接影響永磁同步電動(dòng)機(jī)的效率、性能和可靠性。在溫度、電樞反應(yīng)W及機(jī)械振動(dòng) 等因素影響下，嵌入電機(jī)內(nèi)的永磁體可能會(huì)產(chǎn)生不可逆失磁，使電機(jī)性能急劇下降，損耗增 加，甚至有可能導(dǎo)致電機(jī)停轉(zhuǎn)。如果永磁同步電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在失磁狀態(tài)下，其電能損耗反 而可能高于其他類(lèi)型電機(jī)，高效節(jié)能優(yōu)勢(shì)將失去。因此，為了減少永磁體失磁故障而造成的 經(jīng)濟(jì)損失，需要深入分析和研究永磁電機(jī)的失磁機(jī)理，總結(jié)故障特征規(guī)律，對(duì)永磁電機(jī)永磁 體失磁實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，避免電機(jī)失磁帶來(lái)的損失，從而降低維護(hù)成本。
[0004] 雖然，目前永磁電機(jī)正在逐漸替代傳統(tǒng)電勵(lì)磁電機(jī)，并可能成為未來(lái)發(fā)展的主流 電機(jī)。但是，永磁材料具有失磁特性，送也是與電勵(lì)磁電機(jī)相比永磁電機(jī)最大的不足。當(dāng)嵌 入電機(jī)內(nèi)作為勵(lì)磁磁極后，受電機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度、電樞反應(yīng)、機(jī)械振動(dòng)W及其它因素的綜合影 響，永磁體發(fā)生不可逆失磁的風(fēng)險(xiǎn)將增加，永磁體磁場(chǎng)波動(dòng)和失磁會(huì)導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩 性能變差，嚴(yán)重情況下電機(jī)可能報(bào)廢，送一問(wèn)題極大地限制了永磁電機(jī)的應(yīng)用范圍。因此， 永磁同步電機(jī)失磁故障檢測(cè)是有待研究解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是解決上述提出的問(wèn)題，提供一種實(shí)現(xiàn)永磁體失磁的在線檢測(cè)，提 高系統(tǒng)的可靠性的一種基于永磁同步電機(jī)防失磁診斷方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是W如下方式實(shí)現(xiàn)的；一種基于永磁同步電機(jī)防失磁診斷方法，該 方法包括如下步驟；1)永磁同步電機(jī)失磁狀態(tài)的檢測(cè)方法
[0007] A、永磁體失磁造成磁密分布非正弦時(shí)，分析此時(shí)反電勢(shì)由磁密波形崎變引起的變 化，通過(guò)對(duì)電機(jī)的反電勢(shì)系數(shù)進(jìn)行傅里葉分析，在轉(zhuǎn)子同步參考坐標(biāo)系下，表現(xiàn)為6n次的 諧波?？蒞推斷此時(shí)轉(zhuǎn)子磁鏈也包含相同次數(shù)的諧波；
[0008] 當(dāng)永磁體失磁，磁密波形為非正弦崎變時(shí)，永磁體磁鏈在d-q軸產(chǎn)生新的分量 Vrd、Vrq
[0010] 因?yàn)榇沛溩兓鄬?duì)緩慢，可W將d-q軸磁鏈當(dāng)作穩(wěn)態(tài)值處理：
[0012] 構(gòu)建如
下的狀態(tài)方程：
[0014] 永磁體失磁導(dǎo)致磁密波形變化，包括幅值變化、幅值和位置變化W及非正弦崎變 H種。其中，非正弦崎變最復(fù)雜。因此，選擇磁密非正弦崎變進(jìn)行分析。實(shí)際上，即使電機(jī) 沒(méi)有失磁，但是由于設(shè)計(jì)制造上的誤差，氣隙中磁密分布也不是完全正弦的；
[0015] B、永磁體產(chǎn)生的磁鏈包含的諧波階數(shù)為5, 7, 11，…（3n次諧波抵消了）。轉(zhuǎn)換到 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下為6次，12次等6n次諧波；
[0017] 磁密分布正弦時(shí)，轉(zhuǎn)子直軸磁鏈￥fd為常數(shù)，交軸磁鏈Vfq為0。但是當(dāng)永磁鐵 失磁，磁密分布非正弦時(shí)，從上面的方程中可W看出，VfdD和VfW為恒定分量，此外磁鏈中 還包含6n次的諧波。諧波磁鏈中6次和12次分量最大。簡(jiǎn)化計(jì)算中，18次W上的諧波分 量可W忽略不計(jì)；
[0018] 2)構(gòu)建轉(zhuǎn)磁通的滑模變結(jié)構(gòu)觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子磁路的觀測(cè)方法取狀態(tài)變量：

[0020] 由電流方程得到PMSM的狀態(tài)方程為
[0021] 太吉.缸+敏+ JM式中：
[0024] 描述的對(duì)象構(gòu)造如下觀測(cè)器：
[00巧] 去::::，苗丟小孩從牛恥償化(義…i-)
[0026] 其中：*，為X的觀測(cè)值，sgn( ?)為符號(hào)函數(shù)，k為大于零的待設(shè)計(jì)的值；
[0027] 定義觀測(cè)器的偏差：
[0028] 建立偏差方程：
[0029] +Dtik.\gije
[0030] 選取滑模面
[0031] S二趕二x-i
[0032] 到達(dá)滑模面后由滑模等值原理可知：
[0033] S~e~e二(I
[0034] 可知
[0035] Dd=ks即e
[0036] 由狀態(tài)方程，可進(jìn)一步化為：
[0037]
[0038] 取^ =C心，其中^>0,則有；估計(jì)轉(zhuǎn)子磁通算式為
[0040] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的方法不僅減少永磁體失磁故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失，實(shí)現(xiàn) 了對(duì)永磁電機(jī)永磁體失磁實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，避免電機(jī)失磁帶來(lái)的損失，從而降低維護(hù)成本。提 高了永磁電機(jī)大功率化、高節(jié)能、高性能發(fā)展方向，該在線的防失磁診斷方法能夠及早發(fā)現(xiàn) 事故隱患，減少事故發(fā)生幾率，降低維修成本和經(jīng)濟(jì)損失，提高對(duì)永磁電機(jī)故障檢測(cè)和分析 的能力，將成為保證永磁電機(jī)安全可靠運(yùn)行。
【具體實(shí)施方式】：
[00川 實(shí)施例1
[0042] 在H相靜止坐標(biāo)系下，永磁同步電動(dòng)機(jī)磁鏈數(shù)學(xué)模型可W用方程描述：
[0044] 其中，L。。（日r)、Lbb(er)、Lee(日r)-立相定子線圈的自感，
[004引 Lab(er)、Lea(er)、Lbe(er)-S相定子線圈的互感，
[004引 Wm-永磁磁鏈，
[0047] ia、ib、ic-H相電流，
[004引 0f-轉(zhuǎn)子位置電角度；
[0049] 上式中自感為
[0051] 在非凸極永磁同步電動(dòng)機(jī)中，U等于零，在凸極永磁同步電動(dòng)機(jī)中，由于電感的分 布均勻，Le不等于零，而是一大于零的常數(shù)，互感部分可W用式描述：
[0053] 根據(jù)法拉第定理，靜止坐標(biāo)系中的電壓方程可W描述為：
[005引其中，U。、IVUe-立相相電壓，V定子相電阻；
[0056] 兩相坐標(biāo)系就是把H相電機(jī)模型轉(zhuǎn)化到兩個(gè)假定坐標(biāo)軸，在兩相參考坐標(biāo)系下， 跟實(shí)際物理量相關(guān)的電壓、電流及磁鏈通過(guò)Clarke變換，轉(zhuǎn)化到兩相坐標(biāo)上，降低了系統(tǒng) 階數(shù)，H相兩相間的Clarke變換關(guān)系矩陣：
[0057] fa,p,〇=Cfa,b,c;fa,b,c = Clfa,p,〇
[0059]
根據(jù)功率不變?cè)瓌t選取的變換系數(shù)，若是根據(jù)幅值不變?cè)瓌t，則此系數(shù)應(yīng)為
根據(jù)Clarke變換原理，忽略?xún)上嘧鴺?biāo)的零序部分，H相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相坐標(biāo)系的電 女 機(jī)電壓方程如下：
[00川其中
[0064] 分析永磁同步電動(dòng)機(jī)最常用的是轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，它不僅可用