一种基于永磁同步电机防失磁诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电机磁场的诊断方法，尤其是涉及一种基于永磁同步电机防失磁 诊断方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术和计算机技术的迅猛发展，永磁同步电动机在各种调速系统中 的应用越来越多。由变频器供电的永磁同步电动机再加上转子位置闭环控制系统即构成自 同步永磁电动机，它既具有电励磁直流电动机的优异调速性能，又可W实现了无刷化，送在 要求高控制精度与高可靠性的场合，如航天、航空、电加工中必、数控机床、电动汽车、机器 人、计算机外围设备与家用电器等方面都获得了广泛的应用。
[0003] 永磁同步电动机采用永磁体励磁，嵌入电机内的永磁体是其重要的结构部件，它 的磁性能直接影响永磁同步电动机的效率、性能和可靠性。在温度、电枢反应W及机械振动 等因素影响下，嵌入电机内的永磁体可能会产生不可逆失磁，使电机性能急剧下降，损耗增 加，甚至有可能导致电机停转。如果永磁同步电动机长期运行在失磁状态下，其电能损耗反 而可能高于其他类型电机，高效节能优势将失去。因此，为了减少永磁体失磁故障而造成的 经济损失，需要深入分析和研究永磁电机的失磁机理，总结故障特征规律，对永磁电机永磁 体失磁实现在线监测，避免电机失磁带来的损失，从而降低维护成本。
[0004] 虽然，目前永磁电机正在逐渐替代传统电励磁电机，并可能成为未来发展的主流 电机。但是，永磁材料具有失磁特性，送也是与电励磁电机相比永磁电机最大的不足。当嵌 入电机内作为励磁磁极后，受电机运行时温度、电枢反应、机械振动W及其它因素的综合影 响，永磁体发生不可逆失磁的风险将增加，永磁体磁场波动和失磁会导致电机发热和转矩 性能变差，严重情况下电机可能报废，送一问题极大地限制了永磁电机的应用范围。因此， 永磁同步电机失磁故障检测是有待研究解决的关键问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是解决上述提出的问题，提供一种实现永磁体失磁的在线检测，提 高系统的可靠性的一种基于永磁同步电机防失磁诊断方法。
[0006] 本发明的目的是W如下方式实现的；一种基于永磁同步电机防失磁诊断方法，该 方法包括如下步骤；1)永磁同步电机失磁状态的检测方法
[0007] A、永磁体失磁造成磁密分布非正弦时，分析此时反电势由磁密波形崎变引起的变 化，通过对电机的反电势系数进行傅里叶分析，在转子同步参考坐标系下，表现为6n次的 谐波。可W推断此时转子磁链也包含相同次数的谐波；
[0008] 当永磁体失磁，磁密波形为非正弦崎变时，永磁体磁链在d-q轴产生新的分量 Vrd、Vrq
[0010] 因为磁链变化相对缓慢，可W将d-q轴磁链当作稳态值处理：
[0012] 构建如
下的状态方程：
[0014] 永磁体失磁导致磁密波形变化，包括幅值变化、幅值和位置变化W及非正弦崎变 H种。其中，非正弦崎变最复杂。因此，选择磁密非正弦崎变进行分析。实际上，即使电机 没有失磁，但是由于设计制造上的误差，气隙中磁密分布也不是完全正弦的；
[0015] B、永磁体产生的磁链包含的谐波阶数为5, 7, 11，…（3n次谐波抵消了）。转换到 同步旋转坐标系下为6次，12次等6n次谐波；
[0017] 磁密分布正弦时，转子直轴磁链￥fd为常数，交轴磁链Vfq为0。但是当永磁铁 失磁，磁密分布非正弦时，从上面的方程中可W看出，VfdD和VfW为恒定分量，此外磁链中 还包含6n次的谐波。谐波磁链中6次和12次分量最大。简化计算中，18次W上的谐波分 量可W忽略不计；
[0018] 2)构建转磁通的滑模变结构观测器，实现对转子磁路的观测方法取状态变量：
[0020] 由电流方程得到PMSM的状态方程为
[0021] 太吉.缸+敏+ JM式中：
[0024] 描述的对象构造如下观测器：
[00巧] 去::::，苗丢小孩從牛恥償化(义…i-)
[0026] 其中：*，为X的观测值，sgn( ?)为符号函数，k为大于零的待设计的值；
[0027] 定义观测器的偏差：
[0028] 建立偏差方程：
[0029] +Dtik.\gije
[0030] 选取滑模面
[0031] S二趕二x-i
[0032] 到达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] 由状态方程，可进一步化为：
[0037]
[0038] 取^ =C心，其中^>0,则有；估计转子磁通算式为
[0040] 本发明的优点：本发明的方法不仅减少永磁体失磁故障而造成的经济损失，实现 了对永磁电机永磁体失磁实现在线监测，避免电机失磁带来的损失，从而降低维护成本。提 高了永磁电机大功率化、高节能、高性能发展方向，该在线的防失磁诊断方法能够及早发现 事故隐患，减少事故发生几率，降低维修成本和经济损失，提高对永磁电机故障检测和分析 的能力，将成为保证永磁电机安全可靠运行。
【具体实施方式】：
[00川 实施例1
[0042] 在H相静止坐标系下，永磁同步电动机磁链数学模型可W用方程描述：
[0044] 其中，L。。（日r)、Lbb(er)、Lee(日r)-立相定子线圈的自感，
[004引 Lab(er)、Lea(er)、Lbe(er)-S相定子线圈的互感，
[004引 Wm-永磁磁链，
[0047] ia、ib、ic-H相电流，
[004引 0f-转子位置电角度；
[0049] 上式中自感为
[0051] 在非凸极永磁同步电动机中，U等于零，在凸极永磁同步电动机中，由于电感的分 布均匀，Le不等于零，而是一大于零的常数，互感部分可W用式描述：
[0053] 根据法拉第定理，静止坐标系中的电压方程可W描述为：
[005引其中，U。、IVUe-立相相电压，V定子相电阻；
[0056] 两相坐标系就是把H相电机模型转化到两个假定坐标轴，在两相参考坐标系下， 跟实际物理量相关的电压、电流及磁链通过Clarke变换，转化到两相坐标上，降低了系统 阶数，H相两相间的Clarke变换关系矩阵：
[0057] fa,p,〇=Cfa,b,c;fa,b,c = Clfa,p,〇
[0059]
根据功率不变原则选取的变换系数，若是根据幅值不变原则，则此系数应为
根据Clarke变换原理，忽略两相坐标的零序部分，H相坐标系转换到两相坐标系的电 女 机电压方程如下：
[00川其中
[0064] 分析永磁同步电动机最常用的是转子同步旋转坐标系下的数学模型，它不仅可用