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浅谈永磁电机的故障诊断和容错技术

作者:湖南中资稀土永磁机电科技有限公司时间:2022-11-04122 次浏览

信息摘要:永磁电机在国内一些关键装备领域(如工业设备、轨道交通、电动汽车、风力发电等)的应用日益增加,这些领域对电机的可靠性提出很高的要求。永磁电机由于存在旋转的永磁体,即使定子已断电,对电机的损坏行为仍将继续,因此电机状态监测、故障诊断及容错控制对维持系统安全可靠十分重要。永磁电机状态监测和故障诊断技术的发···

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永磁电机在国内一些关键装备领域(如工业设备、轨道交通、电动汽车、风力发电等)的应用日益增加,这些领域对电机的可靠性提出很高的要求。永磁电机由于存在旋转的永磁体,即使定子已断电,对电机的损坏行为仍将继续,因此电机状态监测、故障诊断及容错控制对维持系统安全可靠十分重要。永磁电机状态监测和故障诊断技术的发展近况,体现了转子去磁、定子绕组匝间短路、转子偏心等故障的诊断方法及在非稳态下故障诊断、故障容错运行控制方法,指出系统故障预诊断和健康管理技术是未来发展方向。

驱动系统中的功率器件经常会发生开路或短路故障,电机定子绕组也会发生开路故障。这些故障会严重影响永磁电机系统正常工作,对整个系统的安全性和稳定性造成严重影响。分析永磁电机驱动系统的容错控制策略,并且对各种容错策略进行分析比较。展望了永磁电机容错策略的发展趋势。

以采用多通道控制技术的永磁电机推进系统为研究对象,研究基于分组控制的驱动系统容错控制方式。首先在建立dq坐标系下多相永磁同步电机多Y数学模型的基础上,分析容错模式时的电机转矩输出能力,并将矢量控制与分组控制结构相结合,以相绕组最大电流为约束条件建立驱动系统的容错控制策略,保证永磁同步电动机缺相时输出转矩的平稳性。最后,永磁电机驱动系统的断相故障状况进行仿真和实验,验证了采用基于多Y数学模型的分组控制策略,当某相出现故障时切除该相所在整套绕组及控制通道,更适用于对可靠性要求高的多相电机驱动系统。针对列车风机用永磁同步电机(FPMSM)一相断路故障情况,基于电机特有的三维子空间,提出一种考虑三次谐波抑制的永磁电机容错控制策略。建立永磁同步电机数学模型,根据驱动拓扑结构分析空间电压矢量分布规律,利用电机三维空间中大矢量与中矢量对磁链作用效果相反的特点,构建虚拟电压矢量抑制相电流三次谐波;根据不同扇区中虚拟电压矢量对转矩及磁链的作用效果,建立故障前后电压矢量开关选择表对转矩和磁链进行调节,降低一相断路故障引起的转矩脉动,使电机发生故障后仍能稳定运行,提高风机驱动系统运行可靠性。在MATLAB/Simulink环境下搭建电机系统仿真模型,对不同负载情况进行仿真,仿真结果表明:永磁电机在一相断路故障前后输出转矩和转速基本不变,风机驱动系统仍能稳定运行,证明了容错控制策略的有效性。该方法可扩展到多相永磁电机容错控制。


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