双三相永磁同步电机典型故障分析及诊断研究

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近年来,随着工业的发展,设备运行的可靠性愈发重要,其中,作为动力系统的电机,其运行的可靠也越来越受到重视。相较于传统三相永磁同步电机,多相永磁同步电机由于其转矩脉动小,容错能力强,可靠性高,可以实现低压大功率等优点,在电动汽车、风力发电等领域受到广泛关注。其中,双三相永磁同步电机(Dual three phase permanent synchronous motor,DTP-PMSM)不仅拥有多相永磁同步电机的优点,同时其包含两套互差30°电角度的三相绕组,可以由两组独立的三相逆变器供电,拥有较好的应用前景。然而电机在运行过程中,可能会受到各种因素的影响导致故障的发生,进而对电机系统造成不良影响,严重影响生产生活。因此,需要深入的了解故障对电机性能的影响,进一步对电机的故障进行诊断。本文对表贴式DTP-PMMS进行分析与研究,主要工作如下:1、建立了DTP-PMSM的联合仿真模型。首先分析了DTP-PMSM的绕组配置情况,并根据电机参数,在Maxwell2D中建立了电机有限元模型。并与Ansys/Twinbuilder和Matlab/Simulink平台相结合,搭建了该电机的联合仿真模型。通过联合仿真模型,模拟了DTP-PMSM在id=0矢量控制下的运行性能。进一步通过修改联合仿真模型,分析了不同故障情况下,电机性能变化,为以后的故障诊断提供依据。2、分析了DTP-PMSM的气隙磁场。针对分布式绕组的DTP-PMSM,建立了该电机的磁场等效数学模型,推导了电机永磁体磁动势及双三相绕组磁动势的解析表达式,进而求解了电机气隙磁场强度解析表达式。对比有限元分析结果,验证了电机气隙磁场强度解析表达式的有效性。3、提出了DTP-PMSM的故障诊断方法。叙述了跨极式探测线圈的布置方式,研究了不同故障下探测线圈的端口电压与磁场变化的关系,阐述了利用跨极式探测线圈端口电压变化实现故障诊断的原理。利用联合仿真方法验证了本文提出的基于跨极式探测线圈的DTP-PMSM故障诊断方法的有效性。4、搭建具有匝间短路故障的DTP-PMSM实验平台。为了明晰DTP-PMSM的匝间短路对跨极式探测线圈的具体影响,搭建电机实验平台,完成DTP-PMSM的匝间短路故障故障诊断实验。实验结果表明,在电机正常运行时,跨极式探测线圈端口电压有效值很低。当电机发生匝间短路故障时,探测线圈端口电压出现明显的电压波形。进一步对端口电压进行频谱分析,端口电压主要包含基波和3次谐波,这与理论分析吻合,表明本文提出的基于跨极式探测线圈实现DTP-PMSM故障诊断方法的有效性。
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