电机匝间短路故障的仿真研究
电机匝间短路故障的仿真研究
包分解和Ｂ Ｐ 神 经 网络 技 术 结 合 ， 通 过 采 集 变 换 ， 将 气隙励磁磁通 密度信号分解 出１ ６ ４。 ２ Ｂ Ｐ 神 经网络 训练结 果 到 的 电机 的 气 隙 励 磁 磁 通 密 度信 号 进 行 分 个 分 量 。 采 用Ｌ Ｍ算 法进 行 Ｂ Ｐ 神 经 网络 的 训 练 ， 析和 训练 ， 建 立 数 据 信 号 和 故 障 模 式 的 非
动 力 与 电 气 工 程
电机 匝间短路 故障的仿真研究
赵娟 袁媛 吴俊芹 姜晓艳 张然 吴 晓飞 （ 河北 机电职业 技术学 院 电气 工程系 河北邢 台 ０ ５ ４ ０ ０ ０ ）
摘 要： 电机 匝间短路 故障的仿真研 究是 以电机 匝间的 气隙励磁磁 通 密度 信号为研究对 象的， 通过采 集 系统进行数据 实时采 集， 再运 用小
波 包分解对数据进行分 析， 提取 故障信 息， 最 后运 用Ｂ Ｐ 神经 网络对数据 进行训练和 测试， 从 而达到对 电机 匝间短路 故障 以及故 障位置的准 确判断。 通过 运行 表 明 ， 此 方 法故 障识 别率 高 方 便灵 活 而且 诊断 精度 高 。
关键 词 ： 匝间短路 电流 信号 小波 包分解 Ｂ Ｐ 神经 网络 中图 分类 号 ： Ｕ ２ ２ ６ ． ８ ＋１ 文 献标 识 码 ： Ａ
监 测具有非 常重要的意义 。 本文 提 出一 种 的具 体 实 现 方 法 如 以 下 几 点 。
电 机 匝 间短 路 故 障 检 测 的 方 法 ， 是 将 小 波
‘
为０． Ｏ １ ～０． ８ 之间。 本 试 验 选 取 学 习速 率 为
０． １ 。
（ １ ） ／ Ｊ ， 波 包分 解 。 本 系 统采 用 ４ 层 小波 包
定子匝间短路的永磁同步电机建模与仿真
PMSG）故障大致可分为三类：机械故障、电气故障和永磁体故 障（张莉，双定子无铁心轴向永磁容错电机的研究：东南大学， 2016）。其中电气故障又分为绕组短路故障、绕组开路故障和绕组 不对称故障三类，其中绕组短路故障又细分为匝间短路故障、相间 短路故障和三相短路故障（杨文超，永磁同步电机匝间短路故障在 线诊断研究：湖南大学，2016）。定子匝间短路故障是PMSG电气 故障中发生概率最高的故障（曾德军，永磁直驱风力发电机继电保 护研究：新疆大学，2016）。
基金项目： 新疆维吾尔自治区重点实验室 开放课题（ 2017D04021 ）。 作者简介： 汪洋（1993—），男，硕士研究生，主要研究方向：永磁风机 故障诊断技术。 何山【通讯作者】（1974—），男，副教授，硕士生导师，主 要研究方向：洁净能源发电技术。
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参数设置为：定子电阻 数 ，永磁体磁链
。
，定子电感 ，转动惯量
，极对 ，阻尼系数
图3 A相 μ=1时PMSG矢量模型的三相电流
图4 A相 μ=0.1PMSG矢量模型的转子电角速度变化
图5 A相 μ=0.1时PMSG矢量模型的电磁转矩变化 由图3可以观察到故障后A相电流有些许增大，而B、C两相电 流在数值上有微弱的提升，因由绕组不对称导致A相电流有明显的 高次谐波成分，其它两相电流的谐波含量提升不大。 从图4可以看出，故障状态下的转子电角速度ωe相对于正常状 态只有稍微减小。同样从图5可以观察到，当发生短路故障时，电 磁转矩Te也只有稍微的减小。而且还可以观察到，当故障发生时， ωe与Te波形曲线上均产生了谐波成分。 4.结论 本文根据永磁同步电机物理模型，基于正常状态下永磁同步 发电机在ABC及dq坐标系下的数学模型，根据多回路理论推导出 了ABC及dq坐标系下PMSG匝间短路故障下的数学模型，在Matlab/ Simulink仿真平台上利用可视化模块搭建故障状态下的PMSG仿 真模块，令匝间短路比μ=0.1，验证了搭建的故障电机模块的正确 性，并为今后研究永磁同步电机故障诊断提供了坚实的基础。
基于Ansoft的永磁同步电机早期匝间短路故障分析_朱喜华
基于Ansoft的永磁同步电机早期匝间短路故障分析_朱喜华基于Ansoft的永磁同步电机早期匝间短路故障分析朱喜华，李颖晖，张敬，李宁（空军⼯程⼤学⼯程学院，西安 710038）[摘要]针对路的⽅法的不⾜，建⽴了基于Ansoft的永磁同步电动机⼆维瞬态场有限元模型，利⽤Ansoft强⼤的电磁场分析和后处理功能，仿真得到了电机在正常和匝间短路2%、5%故障下的电磁场分布和相关性能曲线，并分析了各种条件下反电势的谐波含量，得出了反电势三次谐波含量随匝间短路程度加剧⽽减少等结论，为永磁同步电机定⼦绕组早期匝间短路故障诊断提供了依据。
[关键词]永磁同步电动机；Ansoft；有限元；匝间短路；故障诊断[中图分类号] TM313 [⽂献标识码]A [⽂章编号]1000-3983(2010)05-0035-05Analysis of Inchoate Interturn Short Circuit Faultfor Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Ansoft(Air Force Engineering University Engineering College, Xi’an 710038, China)ZHU Xi-hua, LI Ying-hui, ZHANG Jing, LI NingAbstract: Considering the defect of electric circuit method, This paper establish the two-dimensioninstantaneous finite element model of Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM ) based onAnsoft. The electromagnetic field distribution and relevant performance curves are obtained bysimulation using the powerful electromagnetic field analysis and post process functions of Ansoftwhen PMSM works normally and at 2%、5% interturn short circuit fault of the stator winding. Theharmonic content of back EMF when PMSM works at different conditions are analyzed. Conclusionsare drew such as that the third harmonic of back EMF decrease with the in crease of interturn shortcircuitwhich provide foundation for the diagosis of inchoate stator winding interturn short circuit ofPMSM.Key words: permanent magnet synchronous motor，ansoft，finite element, short circuit, faultdiagnosis引⾔稀⼟永磁同步电机是20世纪70年代初期出现的⼀种新型永磁电机。
基于Ansoft的永磁电机定子匝间短路故障仿真实现方法
基于Ansoft的永磁电机定子匝间短路故障仿真实现方法随着第三代永磁材料成本下降，永磁电机以其高效节能的突出优势已成为当今工业电机、风力发电以及电动汽车驱动电机的首选。
永磁电机的广泛应用，使得其故障研究已成为关注的热点。
本文对永磁电机定子匝间短路故障的模拟方法进行了研究，提出在Ansoft软件环境下，可以通过改变定子绕组匝数和激励源的大小两种方法实现，求解后便可得到永磁电机匝间短路后的故障性能曲线和参数。
标签：永磁；电机；定子；匝间短路1 引言永磁电机因其用永磁体代替了转子上的励磁绕组，使其具有效率高、体积小、节能效果明显等特点，致使传统电机本体的永磁化是其重要的发展方向，同时也成为节能产品首选电机机型，常见的永磁电机主要包括永磁同步电机，永磁无刷直流电机，永磁直线电机等。
永磁电机在长期连续运行过程中，如果外界条件比较恶劣，将有可能引发各种故障，而定子匝间短路故障是最常见的故障之一，如不能及时发现，将会进一步恶化，发展为严重的单相接地故障和相间故障，甚至破坏性更大的三相短路故障，影响生产的产品质量和所拖动机械设备的工作状态。
随着永磁电机在汽车工业、航空系统、电力产业等行业的广泛应用，吸引了更多学者对永磁电机故障展开研究，而电机的故障实验研究是一项破坏性研究，因此仿真分析方法是电机故障研究常用的方法，在仿真分析的基础上对电机故障进行研究更具有目的性，同时也为故障实验的研究提供依据，基于此，本文对永磁电机定子匝间短路故障的仿真实现方法进行了探索。
2 永磁电机仿真模型的建立Ansoft软件是有限元（FEM）数值分析方法的一种，可以用来分析电机、变压器等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的各种特性[1]，其所所建模型能够反映电机内部各种因素的影响。
本文以Ansoft/Maxwell为仿真平台，仿真电机为丰田混合动力车驱动用永磁同步电机，其额定功率为42kW，永磁体呈V型分布，定子绕组为单层线圈结构，极对数为4，定子槽数为48。
发电机转子绕组匝间短路的故障分析
算 。 本 文 以文献 ［ ］ ６ 的交 流 电 机 多 回路 理论 为 基
做出预报 ， 不仅可 以避免恶性事故带来 的经济损 失 ， 有 利 于 机 组 安 排 检 修 ， 高 故 障 处 理 效 还 提 率 ¨ 。因此 发 电机 转 子 绕 组 匝 问短 路 故 障 的早
Ｆａ ｌ ｕ ｔＡｎａｙ ｉ ｆＩ ｅ － ｒ Ｓ ｒ ｒ ｕ ｔｉ ｔ ｒ Ｗ ｉ ｉ ｆＧｅ ｒ ｔ ｒ ｌ ｓｓ ｏ ｎｔｒ－ Ｔｕ ｎ ｈｏ ｔＣｉｃ ｉ ｎ Ｒｏ ｏ ｎｄ ｎｇ ｏ ｎｅ ａ ｏ
ＪＡ ｕ － Ｙ Ｎ ｕ ｎ ｎ ＩＮＧ Ｙ ｎ ｅ， Ａ ＧＸ ａ ｇ， Ｚ Ａ ｈ ｏ ｒ Ｈ ＮＧ Ｃ ａ （ ｏ ｅｅｏ ｌｃ ｉ ｌ ｎ ｆｒ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉｇ Ｎ ｖｌ ｎｖｒ ｔ ｏ ｎｉｅｒ ｇ Ｗｕ ａ ３ ０ ３ ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅｔｃ ｄＩ ｏ ｉ ｎ ｉｅｒ ， ａａ Ｕ ｉｅ ｉ ｆ ｇ ｅｉ ， ｈ ｎ４ ０ ３ ，Ｃ ｉａ ｌ Ｅ ｒ ａ ａ ｎ ｍａ ｏ ｎ ｓｙ Ｅ ｎ ｎ
Ｑ ＝一∑Ｍ，・ ＋∑Ｍ｝ ｉ＋ ｓ ｉ Ｑ ｓ ｄ・ Ｑ ｄ
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Ｍｆ ・ｆ ＋Ｍｆ ・ ｆ ｌ ｉ ｃ ｌ 【 ｋ ｉｌ ｌ ｋ
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式 中 ：— — 微分算 子 ； ｐ Ｑ砂 、 —— 该 回路 的电压 、 、 Ｑｉ Ｑ 磁链 和 电流 ；
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．
和 ＦＴ— Ｓ
一
行 计 算 、 析 ， 可 以计 及气 隙磁 场 空 间谐 波 、 分 并 定
旦故 障恶 化 ， 导 致 转 子 一 点甚 至两 点 接 地 等 会
恶 性故 障 的发 生 ， 得被 迫停 机 检修 ， 使 造成 巨大经
永磁同步电机匝间短路故障建模及仿真分析
第１０卷㊀第２期Ｖｏｌ．１０Ｎｏ．２㊀㊀智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ㊀㊀２０２０年２月㊀Ｆｅｂ．２０２０㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９５－２１６３（２０２０）０２－０１８４－０５中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标志码：Ａ永磁同步电机匝间短路故障建模及仿真分析杨胜明，吴钦木（贵州大学电气工程学院，贵阳５５００２５）摘㊀要：永磁同步电机（ＰＭＳＭ）由于体积小㊁性能好㊁结构简单㊁输出转矩大的优点，在生活中大量应用，特别是在电动车中㊂电机可靠安全的运行，不但影响到产品的质量，而且还关系到人们的生命安全，对ＰＭＳＭ定子匝间短路故障建模及仿真分析是对故障诊断的第一步㊂本文在ａｂｃ坐标系下建立了面装式永磁同步电机（ＳＰＭＳＭ）定子匝间短路故障的详细数学模型，根据故障所建立的数学模型在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ下搭建仿真模型以可视化故障特征，并从时频域进行了分析，为ＳＰＭＳＭ的故障诊断提供可靠的依据㊂关键词：永磁同步电机；ａｂｃ坐标系；仿真分析；时频域；故障诊断ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒｓｗｉｔｈｉｎｔｅｒｔｕｒｎｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔＹＡＮＧＳｈｅｎｇｍｉｎｇ，ＷＵＱｉｎｍｕ（ＴｈｅＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｃｈｉｎａ）ʌＡｂｓｔｒａｃｔɔＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｌｉｆｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｓｍａｌｌｓｉｚｅ，ｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｌａｒｇｅｏｕｔｐｕｔｔｏｒｑｕｅ．Ｔｈｅｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｍｏｔｏｒｓｎｏｔｏｎｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｂｕｔａｌｓｏａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｐｅｏｐｌｅ＇ｓｌｉｖｅｓ．ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆＰＭＳＭｓｔａｔｏｒｉｎｔｅｒｔｕｒｎｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔ（ＳＩＳＣＦ）ｉｓｔｈｅｆｉｒｓｔｓｔｅｐｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｄｅｔａｉｌｅｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆＳＩＳＣＦｏｆｓｕｒｆａｃｅｍｏｕｎｔｅｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ（ＳＰＭＳＭ）ｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎａｂｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｔｈｅｆａｕｌｔ，ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔｕｎｄｅｒＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｔｏｖｉｓｕａｌｉｚｅｔｈｅｆａｕｌｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄａｎａｌｙｓｅｓａｒｅｍａｄｅｉｎｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｌｉａｂｌｅｂａｓｉｓｆｏｒＳＰＭＳＭｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ．ʌＫｅｙｗｏｒｄｓɔＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ；ａｂｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ；ｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ；ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ哈尔滨工业大学主办系统开发与应用●基金项目：国家自然科学基金（５１８６７００６）㊂作者简介：杨胜明（１９９３－），男，硕士研究生，主要研究方向：电机故障诊断㊁电机控制㊂收稿日期：２０１９－１１－１３０㊀引㊀言永磁同步电机（ＰＭＳＭ）由于其高功率密度和高可靠性等优点，成为工业机械的重要组成部分，在机器人㊁运动控制㊁电动汽车等应用中起着举足轻重的作用［１］㊂虽然有许多新技术的出现，比如，新的交流变频驱动器，直接转矩控制，已被广泛使用［２－３］，然而，永磁同步电机由于各方面因素的应力作用于定子，导致定子发生故障［４－６］㊂在电机的各种故障中，已有调查研究表明定子故障占所有电机故障的３０％ ４０％［７］左右，而定子故障中绕组匝间短路故障是最多的㊂当电机发生短路故障时，产生的电流比正常情况下的电流要高，这会使得绕组温度升高，从而导致绝缘失效㊂由于人们普遍认为定子匝间短路故障代表了大多数电机故障的初始阶段，因此，自八十年代初以来，对定子匝间短路故障的检测引起了人们的关注㊂在电机故障匝间短路故障诊断中，建立一个合适的故障数学模型是电机故障诊断的第一步㊂目前应用最广泛的建模方法有：对称分量法㊁Ｐａｒｋ变换法㊁有限元法㊁相坐标法等［８－９］㊂由于导致电机存在不对称电流还有其它原因，比如电源的不对称㊁绕组不对称和偏心故障等㊂并且，在现代电力系统中，不对称元件和非线性元件大量使用，相序分离已变得较为困难［１０］㊂Ｐａｒｋ变换法是基于电机参数对称的前提下使用，对于电机参数不对称的情况下使用非常复杂㊂而电机发生匝间短路故障就是一种导致电机参数不对称的情况，这也就是Ｐａｒｋ变换法在匝间短路故障建模的一大缺陷［１１］㊂有限元法虽然是一种分析电磁场非常有效的方法，能够精确地描述电机故障，但由于其理论是以变分原理为基础，通过求解多元方程组求得变值问题的数值解［１２－１３］，计算量大，仿真时间长，且不利于控制策略设计［１４－１６］㊂相坐标法是建立相坐标系，以每相绕组为基本单元，可以较好地考虑绕组产生的空间谐波作用［１７］㊂不用再经过Ｐａｒｋ变换及对称向量法中的参数变换，同时也克服了有限元法计算量大的问题㊂本文的永磁同步电机匝间短路故障数学模型就是应用相坐标法，在ａｂｃ坐标系建立了匝间短路故障数学模型，进而在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中搭建仿真模型，从时域㊁频域仿真分析了故障特征㊂１㊀ＳＰＭＳＭ匝间短路故障数学模型在故障诊断中，建立一个合适的故障数学模型是电机故障诊断的第一步㊂为了更好地研究ＳＰＭＳＭ匝间短路故障，这里将对ａｂｃ坐标系下ＳＰＭＳＭ匝间短路故障进行数学建模㊂设Ａ相发生故障，带有匝间短路故障的ＳＰＭＳＭ绕组模型见图１，引入２个参数ｕ＝ｎ１／ｎ，Ｒｆ；ｕ是短路匝数ｎ１与该相总匝数ｎ的比值，Ｒｆ是短路支路的电阻㊂ＳＰＭＳＭ匝间短路故障在ａｂｃ坐标系下的数学模型如下所示［１７－１８］：i av aR s 1E a 1R s 2E a 2L s 2R fi bv bR sE bL s v cR sE cL s i ci fL s 1图１㊀匝间短路永磁同步电机绕组示意图Ｆｉｇ．１㊀Ｗｉｎｄｉｎｇｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｉｎｔｅｒｔｕｒｎｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｖａｂｃｆ[]＝Ｒａｂｃｆ[]ｉａｂｃｆ[]＋Ｌｓｆｄｉａｂｃｆ[]ｄｔ＋ｄΨａｂｃｆ[]ｄｔ，（１）ｖａｂｃｆ[]＝［ｖａ㊀ｖｂ㊀ｖｃ㊀０］ｉａｂｃｆ[]＝ｉａ㊀ｉｂ㊀ｉｃ㊀ｉｆ[]Ｌｓｆ＝ＬａＭａｂＭａｃ－ｕＬＭｂａＬｂＭｂｃ－ｕＭＭｃａＭｃｂＬｃ－ｕＭ－ｕＬ－ｕＭ－ｕＭ－ｕ２Ｌéëêêêêêùûúúúúú，Ｒ［ａｂｃｆ］＝Ｒｓ００－ｕＲｓ０Ｒｓ００００Ｒｓ０ｕＲｓ００－ｕＲｓ－Ｒｆéëêêêêêùûúúúúú，㊀Ψａｂｃｆ＝Ψｍ［ｃｏｓ（θｅ）ｃｏｓ（θｅ－２π／３）ｃｏｓ（θｅ＋㊀㊀㊀２π／３）ｕｃｏｓ（θｅ）］Ｔ，ｄΨａｂｃｆｄｔ＝－ｗｅΨｍ［ｓｉｎ（θｅ）ｓｉｎ（θｅ－㊀㊀㊀２π／３）ｓｉｎ（θｅ＋２π／３）ｕｓｉｎ（θｅ）］Ｔ．ìîíïïïïïï（２）㊀㊀㊀㊀ｄｗｅｄｔ＝１Ｊｎｐ（Ｔｅ－Ｂｗｅｎｐ－Ｔｍ）；ｄθｅｄｔ＝ｗｅ．ìîíïïïï（３）Ｔｅ＝Ｅａｉａ＋Ｅｂｉｂ＋Ｅｃｉｃ－Ｅｆｉｆｗｅ／ｎｐ＝－ｎｐｉ［ａｂｃｆ］㊀㊀㊀［ｓｉｎ（θｅ）ｓｉｎ（θｅ－２π／３）ｓｉｎ（θｅ＋㊀㊀㊀２π／３－ｕｓｉｎ（θｅ）］Ｔ，（４）㊀㊀㊀㊀㊀Ｅａ２＝Ｅｆ㊀Ｅａ１＋Ｅａ２＝Ｅａ．其中，Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌｃ＝Ｌ；Ｍａｂ＝Ｍａｃ＝Ｍｂｃ＝Ｍ；ｎｐ，ｗｅ分别是极对数和电角速度㊂由此可知，ｕ，Ｒｆ这两个参数决定电机是否出现匝间短路故障㊂２㊀有匝间短路故障的ＳＰＭＳＭ驱动系统仿真建模仿真的电机参数见表１㊂采用ｉｄ＝０的滞电流控制［１９］，其矢量控制仿真如图２所示㊂表１㊀ＳＰＭＳＭ参数Ｔａｂ．１㊀ＳＰＳＭｐａｒａｍｅｔｅｒｓ电机参数数值极对数ｎｐ３相电阻Ｒｓ／Ω１．５相电感Ｌｓｌ／ｍＨ１．７２５相互感Ｌｍ／ｍＨ０．０２８永磁铁磁链Ψｍ／Ｗｂ０．１７２５摩擦系数Ｂｍ／（Ｎ㊃ｍ㊃ｒａｄ－１㊃ｓｅｃ－１）０．００１转动惯量Ｊ／（ｋｇ㊃ｍ２）０．００３６图２ＳＰＭＳＭ滞环电流矢量控制图Ｆｉｇ．２㊀ＳＰＭＳＭｂａｎｇ－ｂａｎｇｃｕｒｒｅｎｔｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ㊀㊀其思想是将电流给定信号与检测到的逆变器实际输出电流信号比较，若实际电流大于给定值，则改变逆变器的开关状态使之减小，反之增大㊂所以电机滞环电流控制系统包括一个转速控制环和一个采用Ｂａｎｇ－Ｂａｎｇ控制（滞环控制）㊂其中，ＳＰＭＳＭ模块是根据式（１） 式（４）搭建的㊂３㊀仿真试验及分析３．１㊀电机无故障情况为了验证本文在ａｂｃ坐标系下搭建的ＳＰＭＳＭ５８１第２期杨胜明，等：永磁同步电机匝间短路故障建模及仿真分析定子匝间短路故障模型的正确性，仿真过程中用Ｍａｔｌａｂ－Ｓｉｍｕｌｉｎｋ自带的ｄｑ坐标系下的电机模型进行对比，令ｕ＝０㊂仿真结果如图３ 图５所示㊂由图３ 图５可以看出２个模型的速度响应㊁转矩㊁电流响应完全一致㊂并且电流高度对称，这正是电机无故障运行的特征㊂40003000200010000.10.20.30.4时间/s速度/（r m i n -1）a b c 坐标系d q 坐标系图３㊀正常状态下两模型转矩响应对比Ｆｉｇ．３㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｏｒｑｕｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｗｏｍｏｄｅｌｓｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ时间/s25201510500.20.40.60.81.0T e/（N m ）图４㊀正常状态下两模型转矩响应对比Ｆｉｇ．４㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｏｒｑｕｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｗｏｍｏｄｅｌｓｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓI a I b I c40200-20-400.050.100.150.20时间/s电流/A图５㊀正常状态下两模型电流响应对比Ｆｉｇ．５㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｍｏｄｅｌｓｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ３．２㊀电机存在匝间短路故障情况当ａ相发生匝间短路故障时，由式（１） 式（４）可知，只要赋予ｕ，Ｒｆ值，就可以仿真电机匝间故障㊂３．２．１㊀时域分析令ｕ＝０．５，Ｒｆ＝５Ω；０．２ｓ时加入故障，进行仿真㊂仿真结果见图６ 图９㊂25201510500.10.20.30.40.5时间/sT e/（N m ）图６㊀加入故障转矩响应Ｆｉｇ．６㊀Ｔｏｒｑｕｅｒｅｓｐｏｎｓｅｗｉｔｈｆａｕｌｔ0.10.20.30.40.5时间/s3010300029902980速度/（r m i n -1）图７㊀加入故障速度响应放大图Ｆｉｇ．７㊀Ｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｗｉｔｈｆａｕｌｔ40200-20时间/si ai b i c电流/A0.150.200.250.30图８㊀加入故障三相电流响应Ｆｉｇ．８㊀Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｗｉｔｈｆａｕｌｔ0.10.20.30.40.5时间/s3020100-10-20i f/A 图９㊀短路电流ｉｆ响应Ｆｉｇ．９㊀Ｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｉｆｒｅｓｐｏｎｓｅ㊀㊀由式（１） （４）可以导出短路电流的表达式：ｉｆＲｆ＝ｕＲａ（ｉａ－ｉｆ）＋ｕ［Ｌｆ］Ｔｄｉ［ａｂｃ］ｄｔ－ｕ２Ｌｄｉｆｄｔ＋ｕｄ（Ψｍｃｏｓθｅ）ｄｔ，（５）Ｌｆ＝［Ｌ㊀Ｍ㊀Ｍ］Ｔ，由于电机的感应特性，式（５）最后一项是最大的影响，因此ｉｆ可以近似写成：ｉｆʈ－ｕＲｆｗｅΨｍｓｉｎθｅ．（６）㊀㊀当ｕ，Ｒｆ一定时候，ｉｆ的幅值与转速成比例关系，把速度设置成一次函数线性增长得到ｉｆ与转速关系如图１０所示㊂i f峰值峰值线性拟合40200-2050010001500200025003000速度/(r ?m i n -1)i f/A 图１０㊀短路电流ｉｆ随速度变化的关系Ｆｉｇ．１０㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｉｆａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙ㊀㊀由图１０可见，仿真结果ｉｆ的幅值确实与转速成比例关系㊂分析图６与图７转矩响应和速度响应可知，当６８１智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１０卷㊀故障加入后发生震荡，且速度震荡幅度不超过３０００ｒ／ｍｉｎ㊂图８中，当故障加入后三相电流增加，故障ａ相幅值大于其它两项，这正是匝间短路引起的特征，并且其大小与转速㊁转矩等成正比，限于篇幅，略去其余仿真结果㊂图９中当故障加入后短路电流出现，但此故障电流不能够直接测量㊂３．２．２㊀频域分析在图６ 图７中，当在０．２ｓ加入故障，转矩和速度都发生了震荡，说明当电机发生匝间短路故障时，会出现其它谐波，从而导致转矩和速度出现了震荡㊂接下来的仿真是在Ｍａｔｌａｂ中对故障相ｉａ和速度做快速傅里叶变化（ＦＦＴ）仿真分析，在仿真前做一些规定㊂基频ｆ１＝ｎｐｎｓｐｅｅｄ／６０，η＝（ｕ／Ｒｆ）㊃１００％㊂由于电磁转矩不易测得，所以对速度进行ＦＦＴ分析，分析结果见表２ 表４㊂表２㊀速度谐波成分与η变化的关系Ｔａｂ．２㊀Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｖｅｌｏｃｉｔｙｈａｒｍｏｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｗｉｔｈηη／％谐波幅值０１２３４５６１０２９９９．４３０．０００．５６０．０００．０２０．０００．００８２９９９．５３０．０００．３５０．０００．０１０．０００．００６２９９９．６４０．０００．３５０．０００．０１０．０００．００４９９９７．５００．０００．２３０．０００．０００．０００．００２２９９９．８７０．０００．１２０．０００．０００．０００．０００２９９９．９８０．０００．０００．０００．０００．０００．００㊀㊀注：ｎｓｐｅｅｄ＝３０００（ｒ／ｍｉｎ），ｆ１＝１５０Ｈｚ，Ｔｎ＝１０（Ｎ㊃ｍ）表３㊀速度谐波成分与负载变化的关系Ｔａｂ．３㊀Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｖｅｌｏｃｉｔｙｈａｒｍｏｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｗｉｔｈｌｏａｄ转矩／（Ｎ㊃ｍ）谐波幅值０１２３４５６１０２９９９．４３０．０００．５６０．０００．０２０．０００．００８２９９９．６１０．０００．５５０．０００．０２０．０００．００６２９９９．８６０．０００．５３０．０００．０２０．０００．００４３０００．１８０．０００．５２０．０００．０２０．０００．００２３０００．５２０．０００．５１０．０００．０２０．０００．０００３０００．９００．０００．５００．０００．０２０．０００．００㊀注：ｎｓｐｅｅｄ＝３０００（ｒ／ｍｉｎ），ｆ１＝１５０Ｈｚ，η＝１０％表４㊀开环㊁闭环速度谐波成分变关系Ｔａｂ．４㊀Ｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ，ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｈａｒｍｏｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔ谐波序列０１２３４５６开环正常５９９．９８０．０１０．０００．０００．０００．０００．００故障６００．０００．０１２．７４０．０００．０００．０００．００闭环正常６００．０４０．０００．０００．０００．０００．０００．００故障５９９．９４０．０００．１００．０００．０００．０００．００㊀注：ｎｓｐｅｅｄ＝６００（ｒ／ｍｉｎ），ｆ１＝３０Ｈｚ，Ｔｍ＝Ｏ（Ｎ㊃ｍ），η＝１０％㊀㊀表２结果表明，速度的二次谐波与η成正比㊂表３结果表明，速度二次谐波与负载转矩成正比㊂表４进一步证明了速度的二次谐波的产生是由故障而导致出现的㊂是否出现二次谐波与开环㊁闭环基本无关㊂接下来对故障相电流ｉａ做ＦＦＴ分析㊂分析结果如图１１ 图１２所示㊂2.52.01.51.00.550010001500200025003000速度/(r?m i n-1)三次谐波幅值i a/A正常5%10%20%图１１㊀ｉａ三次谐波与速度变化的关系Ｆｉｇ．１１㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｉａｔｈｉｒｄｈａｒｍｏｎｉｃｗｉｔｈｓｐｅｅｄ24681012负载/(N?m)三次谐波幅值i a/A321正常5%10%20%图１２㊀ｉａ三次谐波与负载变化的关系Ｆｉｇ．１２㊀Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｉａｔｈｉｒｄｈａｒｍｏｎｉｃｗｉｔｈｖａｒｉａｔｉｏｎ㊀㊀图１１ 图１２表明故障相电流三次谐波幅值与速度㊁负载幅值㊁η都成正比关系㊂但由于ＦＦＴ只适合平稳状态，对于电机速度，负载变化的非平稳过程不适用，进一步在频域提取故障特征是值得研究的㊂４㊀结束语当电机定子发生匝间短路故障时，在时域上仿真分析得出以下结论：（１）其转矩和速度发生振荡㊂（２）相电流将增大，而且故障相电流大于非故障相电流㊂（３）出现短路电流㊂从频域上仿真分析得出如下结论：（１）速度信号出现二次谐波，速度的二次谐波幅值与η和负载转矩成正比㊂（２）故障相电流三次谐波幅值与速度㊁负载幅值㊁η都成正比关系㊂由于电机运行在一个非平稳的状态，怎样提取这些故障特征进行故障诊断则亟待进一步去研究㊂参考文献［１］ＺＨＥＮＧＰｉｎｇ，ＺＨＡＯＪｉｎｇ，ＬＩＵＲａｎｒａｎ，ｅｔａｌ．Ｍａｇｎｅｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆａｎａｘｉａｌ－ａｘｉａｌｆｌｕｘｃｏｍｐｏｕｎｄ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅＰＭＳＭｕｓｅｄｆｏｒＨＥＶｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，２０１０，４６（６）：２１９１．（下转第１９３页）７８１第２期杨胜明，等：永磁同步电机匝间短路故障建模及仿真分析２７０．５５ｍ之间变化，通行能力的变化率在０．１９ １．０７之间㊂当降雨强度相同时，随着速度的增大，摩擦系数减小比较缓慢；当速度相同时，随着降雨强度的增大，摩擦系数急剧减小；说明影响车轮与地面摩擦系数的主要原因是降雨强度㊂由此证明随着降雨强度的变大，信号控制周期时长变短㊂当降雨量是交通环境的变化量时，由于地面摩擦系数的降低，无人驾驶车辆的通过的流量减少，导致交通量的减少达到３０％㊂车流量的减少随即带来信号控制周期时长的变化，进而产生降雨对城市主干道绿波控制的影响，当交叉口的周期时长与交通需求不匹配时，产生更大的延误甚至会造成二次停车，从而使干线绿波失效㊂因此，需要信号控制与无人驾驶车辆一样对降雨强度做出同步的反应，如此才能使信号周期与车辆同行流量相匹配㊂另一条路径是随着科技的进步构建车联网，实现ｖ２ｘ㊂本次研究的不足之处在于不同降雨强度下对车速的折减函数㊁车轮与路面之间的摩擦系数函数仍有待后续研究优化，无人驾驶车辆的跟驰距离也需做更深入的探讨研究㊂参考文献［１］陈慧岩，熊光明，龚建伟，等．无人驾驶汽车概论［Ｍ］．北京：北京理工大学，２０１４．［２］许方经．降雨条件下城市道路通行能力影响分析［Ｄ］．西安：长安大学，２０１７．［３］ＢＲＯＤＳＫＹＨ，ＨＡＫＫＥＲＴＡＳ．Ｒｉｓｋｏｆａｒｏａｄａｃｃｉｄｅｎｔｉｎｒａｉｎｙｗｅａｔｈｅｒ［Ｊ］．Ａｃｃｉｄｅｎｔ；ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ，１９８８，２０（３）：１６１．［４］ＣＨＵＮＧＥ，ＯＧＴＡＮＩＯ，ＷＡＲＩＴＡＨ，ｅｔａｌ．Ｄｏｅｓｗｅａｔｈｅｒａｆｆｅｃｔｈｉｇｈｗａｙｃａｐａｃｉｔｙ［Ｃ］／／５ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＨｉｇｈｗａｙＣａｐａｃｉｔｙａｎｄＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ．Ｙａｋｏｍａ，Ｊａｐａｎ：［ｓ．ｎ．］，２００６：１．［５］温惠英，刘敏，王海玮．高速公路山风过境路段雨天可变限速控制方法［Ｊ］．华南理工大学学报（自然科学版），２０１６，４４（１２）：６７．［６］龚大鹏，宋国华，黎明，等．降雨对城市道路行程速度的影响［Ｊ］．交通运输系统工程与信息，２０１５，１５（１）：２１８．［７］林志恒，何兆成，戴秀斌，等．考虑降雨影响的城市交通流车速多层线性模型研究［Ｊ］．公路交通科技，２０１４，３１（１０）：１１９．［８］ＬＡＭＷＨＫ，ＴＡＭＭＬ，ＣＡＯＸＱ，ｅｔａｌ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｒａｉｎｆａｌｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｎｔｒａｆｆｉｃｓｐｅｅｄ，ｆｌｏｗ，ａｎｄｄｅｎｓｉｔｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｆｏｒｕｒｂａｎｒｏａｄｓ［Ｊ］．ＡＳＣＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，１３９（７）：７５８．［９］李岩，南斯睿，马静，等．降雨天气单点交叉口交通信号控制优化方法［Ｊ］．交通运输工程学报，２０１８，１８（５）：１８５．［１０］季天剑，黄晓明，刘清泉．部分滑水对路面附着系数的影响［Ｊ］．交通运输工程学报，２００３，３（４）：１０．［１１］康成龙，艾瑶．路面附着系数对汽车跟驰安全距离的影响研究［Ｊ］．公路与汽运，２０１８（３）：４５．［１２］张扬，李守成，陈华．基于智能前视摄像头的ＡＣＣ目标车辆探测［Ｊ］．制造业自动化，２０１７，３９（９）：８．［１３］梁炳春．基于机器视觉的辅助驾驶系统中车辆检测与测距研究［Ｄ］．上海：东华大学，２０１６．［１４］ＩＢＲＡＨＩＭＡＴ，ＨＡＬＬＦＬ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｄｖｅｒｓｅｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｓｐｅｅｄ－ｆｌｏｗ－ｏｃｃｕｐａｎｃｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＲｅｃｏｒｄ，１９９４，１４５７：１８４．［１５］徐筱秦，冯忠祥，李靖宇．驾驶员接管自动驾驶车辆研究进展［Ｊ］．交通信息与安全，２０１９，３７（５）：１．［１６］季天剑．降雨对轮胎与路面附着系数的影响［Ｄ］．南京：东南大学，２００４．（上接第１８７页）［２］ＯＲＴＥＧＡＣ，ＡＲＩＡＳＡ，ＣＡＲＵＡＮＡＣ，ｅｔａｌ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄｗａｖｅｆｏｒｍｑｕａｌｉｔｙｉｎｔｈｅｄｉｒｅｃｔｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍａｔｒｉｘ－ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ－ｆｅｄＰＭＳＭｄｒｉｖｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ，２０１０，５７（６）：２１０１．［３］ＢＥＥＲＴＥＮＪ，ＶＥＲＶＥＣＫＫＥＮＪ，ＤＲＩＥＳＥＮＪ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｄｉｒｅｃｔｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｆｌｕｘａｎｄｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１０，５７（１）：４０４．［４］ＴＯＬＩＹＡＴＨＡ，等．电机建模㊁状态监测与故障诊断［Ｍ］．周卫平，于飞，张超，等，译．北京：机械工业出版社，２０１４．［５］ＳＩＤＤＩＱＵＥＡ，ＹＡＤＡＶＡＧＳ，ＳＩＮＧＨＢ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｓｔａｔｏｒｆａｕｌｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍｏｔｏｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００５，２０（１）：１０６．［６］ＧＲＵＢＩＣＳ，ＡＬＬＥＲＪＭ，ＬＵＢｉｎ，ｅｔａｌ．Ａｓｕｒｖｅｙｏｎｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｓｔａｔｏｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｏｆｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｓｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｔｕｒｎｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００８，５５（１２）：４１２７．［７］ＩＥＥＥＣｏｍｍｉｔｔｅｅＲｅｐｏｒｔ．ＲｅｐｏｒｔｏｆｌａｒｇｅｍｏｔｏｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｓｕｒｖｅｙｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎｄｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓＰａｒｔＩ，ａｎｄＩＩ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，１９８５，２１（４）：８５３．［８］方芳，杨士元，侯新国，等．派克矢量旋转变换在感应电机定子故障诊断中的应用［Ｊ］．中国电机工程学报，２００９，２９（１２）：９９．［９］杨志峰，翟超，李小兵．感应电机定子绕组缺相故障诊断的仿真与研究［Ｊ］．大电机技术，２００７（５）：２５－２８．［１０］袁旭峰，程时杰．改进瞬时对称分量法及其在正负序电量检测中的应用［Ｊ］．中国电机工程学报，２００８，２８（１）：５２．［１１］王旭红，何怡刚．基于Ｐａｒｋ变换和ＤＲＮＮ的定子绕组匝间故障诊断方法［Ｊ］．湖南大学学报（自然科学版），２００９，３６（８）：４３．［１２］刘明，李颖晖，雷晓犇，等．同步电机绕组匝间短路故障有限元分析［Ｊ］．微电机，２０１２，４５（７）：２０．［１３］高磊，李永刚．基于多回路理论的发电机转子绕组匝间短路故障特征分析［Ｊ］．电力科学与工程，２０１０，２６（１２）：１５．［１４］张涛，朱熀秋，孙晓东，等．基于场路耦合时步有限元法的高速无轴承永磁同步电机电磁分析［Ｊ］．武汉大学学报（工学版），２０１１，４４（５）：６４５．［１５］张宇娇，孙梦云，阮江军．基于有限元法的多相异步电机电磁场分析［Ｊ］．大电机技术，２０１１（５）：２４．［１６］梅凡，谢宝昌，高强，等．永磁电机分析的场路耦合时步有限元法［Ｊ］．电机与控制应用，２０１２，３９（９）：５．［１７］ＲＯＭＥＲＡＬＬ，ＵＲＲＥＳＴＹＪＣ，ＲＩＢＡＲＪＣ，ｅｔａｌ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｓｕｒｆａｃｅ－ｍｏｕｎｔｅｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓｗｉｔｈｓｔａｔｏｒｗｉｎｄｉｎｇｉｎｔｅｒｔｕｒｎｆａｕｌｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１１，５８（５）：１５７６．［１８］刘毅，郑志国．基于参数模型永磁同步电机定子绕组匝间短路故障研究［Ｊ］．电机与控制应用，２０１５，４２（１０）：４８．［１９］袁雷，胡冰新，魏克银，等．现代永磁同步电机控制原理及ＭＡＴＬＡＢ仿真［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２０１６．３９１第２期安喜才，等：无人驾驶背景下降雨对城市交通信号控制的影响研究。
永磁同步电机定子匝间短路故障诊断的研究现状及发展趋势
摘 要 ：分析 了永磁 同步 电机定子 匝间短定子 匝间短 路故 障诊 断方法 的发展
状况 ，预测 了定子 匝间短路故 障诊断方法 的发展趋势 ，提 出了研究定子 匝间短路 故障诊 断应 注意的问题 。
第４ ６卷 第 ２期 ２ ０１ ３正 ２月
截 ＇ Ｉ ｝ 机
ＭＩ ＣＲＯＭＯＴＯＲＳ
Ｖｏ １ ． ４６． Ｎｏ ． ２
Ｆ ｅ ｂ ． ２ Ｏ１ ３
永磁 同步 电机 定 子 匝 间短路 故 障诊 断 的 研 究 现 状 及 发 展 趋 势
梁伟铭 ，陈 诚 ，任 纪 良 ，郑瑞广
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ（ Ｐ ＭＳ Ｍ） ； ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ — ｔ ｕ ｒ ｎ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ； ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ
Ｏ 引 言
永磁 同步 电机 因其 结构 紧凑 、体 积小 、重 量 轻 、 效率 高 、工作 可靠 、噪声低 等性 能特 点 ¨ 曲 ，具 有 电 动 汽车驱 动 的最 优 综 合 指 标 ，是 电动 汽 车 电机 的最
１ 永 磁 同 步 电 机 定 子 匝 间 短 路 故 障 模
拟 方 法
永磁 同步 电机 定 子 匝 间短 路 故 障诊 断 的研 究 主 要 集 中在 两 个 方 面 ，一 是 寻 找 故 障 特 征 量 ，判 断 故
佳选择。电动汽车 电机运行环境 复杂 ，如振动、高
同步发电机励磁绕组匝间短路的仿真研究
摘要: 转子绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功减小、转子振动加剧等影响,
如果不及早处理可能给机组的安全运行带来巨大威胁。近年来国内外研究主要通过实验检测及
定性分析, 由于不能准确计算故障电流等电气量, 在实际应用中存在局限性。本文为多支路同步 发电机励磁绕组匝间短路建立了改进的多回路数学模型, 并提出了与励磁绕组有关的电感系数的
心线上( 如图 3) , 那么第 n 极( n = 1, 2, ,, 2P) 下的
励磁绕组通直流电流 i 后, 会产生矩形波磁动势、分 布在整个电 机圆周 [ - PP, PP] 区间 内, 其 表达 式
为:
第 2期
孙宇光, 等: 同步发电机励磁绕组匝间短路的仿真研究
7
图 3 凸极同步电机的励磁绕组结构示意图 Fig. 3 Configuration of field windings in salien-t pole synchronous machine
圈 AAc的串联匝数和短距比, K0 、K2 、K4 ,为凸极同
步电机气隙磁导系数的各次谐波幅值[ 8] 。
第 m 极励磁绕组与第 n 极励磁绕组的互感系
数( 与气隙磁场有关的部分) 为:
M fdnm, D =
(-
1) m+ n
4w fdmw fdn Sl P P2
#
6 6 k=
1 P
,
2P,
3 P
的所有电流、电压量。
在求解上述改进的多回路数学模型之前, 必须
准确地计算模型中时变的回路电感矩阵[ Mc] 。文 献[ 8] 用气隙磁导法计算了电机绕组正常及发生定
子内部故障的电感系数, 其中在计算定子回路参数
时, 先算出单个线圈的参数, 然后根据定子各回路的 组成情况, 由有关线圈的参数计算出定子回路参数。
电机匝间短路故障的仿真研究
电机匝间短路故障的仿真研究作者：赵娟袁媛吴俊芹姜晓艳张然吴晓飞来源：《科技资讯》 2014年第24期赵娟袁媛吴俊芹姜晓艳张然吴晓飞(河北机电职业技术学院电气工程系河北邢台 054000)摘要:电机匝间短路故障的仿真研究是以电机匝间的气隙励磁磁通密度信号为研究对象的,通过采集系统进行数据实时采集,再运用小波包分解对数据进行分析,提取故障信息,最后运用BP神经网络对数据进行训练和测试,从而达到对电机匝间短路故障以及故障位置的准确判断。
通过运行表明,此方法故障识别率高、方便灵活而且诊断精度高。
关键词:匝间短路电流信号小波包分解 BP神经网络中图分类号:U226.8+1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)08(c)-0112-01电机广泛的应用于各种机械设备,其性能决定了行业的经济效益和技术水平。
为了保证电机的安全运行,有效和及时的避免事故发生,对电机各种参数进行实时监测具有非常重要的意义。
本文提出一种电机匝间短路故障检测的方法,是将小波包分解和BP神经网络技术结合,通过采集到的电机的气隙励磁磁通密度信号进行分析和训练,建立数据信号和故障模式的非线性映射关系,从而确定是否存在短路故障以及确定隐患所在位置。
电机匝间短路故障的仿真研究,可以提高电机匝间短路故障诊断的有效性和可靠性。
1 电机转子绕组匝间短路故障机理电机匝间短路是电机故障中最常见的故障之一。
本论文的选择的是电机匝间绕组开槽数是16,N极和S极各设置8个槽。
利用MATLAB软件进行模拟仿真,采集并存储正常状态和任意一个槽内发生短路故障时的气隙励磁磁通密度信号,分析比较采集的信号,为电机匝间短路故障的仿真研究提供了数据支持。
2 综合故障诊断的数据处理系统当电机发生短路故障时,气隙励磁磁通密度信号的波形发生相应变化,即该信号携带了丰富的故障特征信息。
因此,综合故障诊断的数据处理系统主要实现对故障特征信息的提取,采用小波包变换将信号分解后,提取与故障征兆有关的量值,为建立BP神经网络诊断提供数据基础。
转子绕组匝间短路故障谐波传递特征仿真
０ 引 言
同步交流发 电机转子绕组匝 间发生短路时 ， 转 子绕 组 上感 应 的 谐波 是 可 以 通 过旋 转 整 流 器 、 励磁机 电枢绕组传递到励磁机励磁绕组上去。该 谐波的传递会有一定 的衰减 ， 本文通过仿真分析 了该谐波电流的幅值和频率对该故障谐波传递效 率的影响 ， 从而得出了转子绕组匝间短路故障 的 谐波传递特征…。通过检测分析静止不动的励磁 机定子绕组上 的谐波 电流 ， 来进行转子绕组匝间 短 路故 障 的判断 。
ｓｒ ＋ ｉ ｔ ｎ
２ 谐 波传 递 仿 真 分 析
图 １ 无刷励磁谐 波传递原理 图
应用 Ｍ ｔｂ软件 ， ａａ ｌ 建立了励磁机一 旋转整流器．
２１
第４ ７
第 卷（ 第 ６ 总 ４ 期）
１ 堋
（ ＰＯ ＩＮ Ｐ０ ＦＥＥ ＴＩ Ｍ Ｃ ＩＥ Ｅ Ｌ ｓ Ｒ ０ ＬＣ Ｒ Ａ ＨＮ ） Ｘ ０ｏ— Ｏ Ｓ Ｏ Ｏ Ｃ
爆 也机
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第 ７ １ 第１ ） ４ ０总 ｌ 卷（ 期 ２２ ６ 年 锎
转子绕组匝 问短路故障谐波传递特征仿真
龚昱玮
１海 军 工程 大学 电气与信 息 工程 学院 ， 湖北武 汉 （ ３ ０ ３ ４０３ ）
当然 ， 旋转整流器中二极管 的导通压降是存 在 的。随着发 电机转子绕 组匝间短路程度 的增
加， 转子绕组上感应的“ 谐波源 ” 幅值会进一步增
大 。当发 电机结 构 发 生 改 变 时 ， 子 绕 组 上 感 应 转
的“ 谐波源” 率也 会相应改变。上述 因素将对 频 发电机转子绕组侧 向励磁机定子绕组侧 的谐波传 递产生一定 的影 响。下面利用 Ｍ ｔｂ对该 问题 ａａ ｌ 进行仿真分析。
双馈异步电机转子匝间短路的建模与稳态分析
双馈异步电机转子匝间短路的建模与稳态分析∗李俊卿;王志兴【摘要】理论上分析了发生转子匝间短路，定子侧电流所含的谐波成分。
基于MATLAB/Simulink中的S函数，以多回路理论为基础建立了双馈电机的数学模型，对双馈异步电机正常情况和转子发生匝间短路这两种情况下进行了仿真。
分析了电力电子器件对转子侧电流谐波的影响，对定子侧线电流进行了傅里叶分析。
通过傅里叶分析可以得到判别转子匝间短路的依据，由仿真试验数据分析可以得到与理论分析相一致的结果，说明了基于S函数的多回路模型的仿真试验是可行的。
%The analysis of the current harmonic components of the stator side contained under rotor winding inter-turn short-circuit was done. The multi-loop math model was built for rotor winding of DFIG under normal and inter-turn short-circuit fault conditions. The simulation was carried out,using S-Function in Simulink,and deeply analysis for the results by FFT analysis was done,the influence of power electronic devices was also considered. Baseon the analysis the rotor winding inter-turn short-circuit could be easily found. The simulation result accorded with the theoretical analysis,it showed the simulation base on S-Function was reliable.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】6页(P12-16,23)【关键词】双馈异步电机;匝间短路;多回路;S函数【作者】李俊卿;王志兴【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定 071003;华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TM346+.2Key words： doubly fed induction generator(DFIG)； inter-turn short-circuit； multi-loop； system function双馈式风力发电机由于其良好的性能，已广泛应用于风力发电中。
感应电机定子匝间短路故障建模与仿真研究_苏晓丹
感应电机定子匝间短路故障建模与仿真研究2007.№6 16感应电机定子匝间短路故障建模与仿真研究苏晓丹，纪志成（江南大学电气自动化研究所，江苏无锡 214122）[摘 要]介绍了一种用于分析定子匝间短路故障的三相感应电机新模型，该模型由原始的相轴线模型变换可得，能应用于电机定子三相不对称情况下的故障诊断。
基于MA TLAB/SIMULINK建立感应电机故障仿真模型，分析定子电流波形，当定子的匝间短路数达到一定的程度，对应定子电流有效值明显变化。
[关键词]感应电机；匝间短路故障；模型诊断；MA TLAB[中图分类号]TP343+.2 [文献标识码]A [文章编号] 1000-3983（2007）06-0016-05Simulation and Research of Induction Motors with Stator Inter-turn FaultsSU Xiao-dan，JI Zhi-cheng(Institute of Electrical Automatic, Southern Yangtze University, Wuxi 214122, China) Abstract: This paper presents a new model of three phase induction motors having inter-turn faultson the stator. The new model is obtained by transforming the original phase axes model of threephase induction motor. It can be used to diagnose the fault when the parameters of the motor’s statorare unbalanced. The fault induction model is established by MA TLAB/SIMULINK to analyze thestator current. The result shows that when the number of shorted turns increases above a definitedegree, the corresponding stator current’s virtual value increase evidently.Key words: induction motors; inter-turn faults; modeling diagnosis; MA TLAB0 引言感应电机已经广泛应用于现代工业系统中，电机故障会引起一系列连锁反应，导致设备甚至整个过程不能正常运行，轻者造成停机、停产，重者会产生严重的甚至灾难性的人员伤亡，引起巨大经济损失。
电力系统短路故障仿真与分析研究
电力系统短路故障仿真与分析研究I. 引言在现代工业发展中，电力系统起到了至关重要的作用。
然而，电力系统中存在着各种各样的故障问题，其中短路故障是最常见和严重的问题之一。
为了保障电力系统的安全与稳定运行，研究人员一直致力于短路故障仿真与分析的技术研究。
本文将探讨电力系统短路故障仿真与分析的研究现状、方法和应用。
II. 短路故障的概念和影响短路故障是指电力系统中两个或多个电气元件之间发生了意外或异常的连接，导致电流突然增大，短时间内形成高电流。
这会导致电气设备受损、线路过载、甚至引发火灾等严重后果。
因此，及时准确地对短路故障进行仿真和分析对于确保电力系统的正常运行至关重要。
III. 短路故障仿真与分析技术短路故障仿真与分析技术是通过模拟和计算电力系统中各个电气元件之间的物理联系和电气特性，来预测和分析短路故障对系统的影响。
目前，常用的短路故障仿真与分析技术包括潮流计算、短路电流计算和系统稳定性分析。
1. 潮流计算潮流计算是电力系统仿真与分析的基础，它主要用于计算电力系统中各节点的电压、电流和功率等参数。
通过潮流计算，可以推测短路故障发生时系统的响应，并进一步分析故障对电力设备的影响。
2. 短路电流计算短路电流计算是模拟电力系统中发生短路故障后的电流特性，包括短路电流的大小、时序和传播路径等。
通过短路电流计算，可以预测短路故障对设备的热和电力损耗的影响，并帮助工程师设计更可靠的保护装置。
3. 系统稳定性分析系统稳定性分析是评估电力系统在短路故障后的运行状态，特别是在大功率短路故障下的稳定性。
通过系统稳定性分析，可以确定故障的严重程度，预测故障后可能导致的设备和系统损害，并采取相应的措施保障电力系统的安全运行。
IV. 短路故障仿真与分析的应用短路故障仿真与分析技术在电力系统的设计、运行和维护中有着广泛的应用。
1. 设计阶段在电力系统设计阶段，短路故障仿真与分析可以帮助工程师评估系统的可靠性和稳定性，以选择合适的设备和配电方案，并确保系统满足运行规范的要求。
永磁同步电机匝间短路故障的simulink模型
永磁同步电机匝间短路故障的
simulink模型
永磁同步电机匝间短路故障的Simulink模型是一种用于模拟和预测电机性能的工具，它可以用来研究匝间短路故障对电机性能的影响。
在Simulink模型中，永磁同步电机的匝间短路故障可以通过引入电阻元件来模拟。
这个电阻元件可以设置在电机的绕组中，以模拟匝间短路故障。
通过调整这个电阻元件的值，可以模拟不同程度的匝间短路故障。
在模型中，还需要考虑电机的动态特性，包括电机的电压、电流、磁通量等。
这些动态特性可以通过Simulink中的各种元件和模块来模拟，例如电压源、电流源、电感、电阻等。
此外，模型中还需要考虑匝间短路故障对电机性能的影响，例如对电机效率、转矩、电流等的影响。
这些影响可以通过Simulink中的各种测量和计算模块来获取和分析。
通过运行这个Simulink模型，可以模拟和分析匝间短路故障对永磁同步电机性能的影响，从而为电机的故障诊断和维护提供重要的参考信息。
同时，这个模型还可以用于研究和开发新的电机控制策略，以提高电机的可靠性和稳定性。
总之，永磁同步电机匝间短路故障的Simulink模型是一种重要的工具，它可以模拟和分析匝间短路故障对电机性能的影响，为电机的故障诊断和维护提供重要的参考信息，并有助于研究和开发新的电机控制策略。
基于Ansoft的永磁电机定子匝间短路故障仿真实现方法
摘 要 ：随着第三代永磁 材料 成本下降，永磁 电机 以其 高效节能的突 出优势 已成为 当今工业 电机 、风力发 电以及 电动汽车驱动 电机 的首选 。永 磁 电机 的广泛应用 ， 使得 其故障研 究 已成为关注的热 点。 本文对永磁 电机 定子匝问短路故 障的模拟方法进行 了研究， 提 出在 Ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ 软件环境下 ，
一
，
３ ． ２ 改变定子激励源的大小 永磁 电机定子 匝间短路故障时 ，定子绕组 电流将会发生 改变 ，进 而严重 影响电机的正常运行 ，在动态分析时 ，通过设置激励 源参数 ， 模拟定 子匝间短路 故障 ，设置分析参数 ，在后处理 中 ， 便可对参数 及 性 能曲线进行分析 和处理 。在项 目工程中 ，选择 项 目栏 Ｅ ｘ ｃ ｉ ｌ ｔ ａ ｄ ｏ ｎ下 的Ｐ ｈ Ａ ，通过其属性窗 口。若施加 的激励源为 电流源 ，将其 Ａ相电流 （ Ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ） 分别 增大 为原来 的 １ ／ １ ６ 、１ １ ８ 、１ ／ ４ 、１ ／ ２ 倍 ，用 以模 拟不 同 ２ 永磁 电机仿真模型的建立 程度 的定子 匝间短路故 障。正常状态下 ，Ａ相激励 ，其 中 Ｔ ｈ ｅ ｔ 为初相 Ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ 软件是 有限元 （ Ｆ Ｅ Ｍ）数值分析 方法的一种 ，可 以用来分 位 ，Ｉ ｍ ａ ｘ 为最 大输入激 励电流 ，增大 后分别为 １ ／ １ ６ Ｉ ｍａ ｘ 、１ ／ ８ Ｉ ｍ ａ ｘ 、 析 电机、变压器等 电磁装置 的静态、稳态、瞬态、正常工况和故 障工 １ ／ ４ Ｉ ｍａ ｘ 和１ ／ ２ Ｉ ｍ ａ ｘ ，分 析各种 匝 间短路工 况下 的特 征参 量 ，与 电机 况的各种特性 ，其所所 建模 型能够反映 电机内部各种 因素 的影 响。 正常状态运行进行对 比，得到定子绕组匝间短路对电机性能的影响。 本文 以 Ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｉ ／ Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ 为仿真 平台 ，仿真 电机为丰 田混合动力车驱动 用永磁 同步电机 ，其额定 功率为 ４ ２ ｋ Ｗ ，永磁体呈 Ｖ型 分布 ，定子绕 ４ 结束语
发电机动态匝间短路诊断试验
发电机动态匝间短路诊断试验发电机动态匝间短路诊断试验，这个名字听上去有点复杂，是吧？让人一听就觉得像是某种高科技的实验，离我们这些普通人好像有点远。
但是，大家别担心，今天就带大家通俗易懂地聊聊这个话题。
发电机嘛，说白了就是咱们家里和工厂里那个负责“供电”的“超级英雄”。
它的任务可不简单，得一直保持稳定运行，提供电力，没点本事谁敢让它工作？发电机的绕组可能会发生所谓的“匝间短路”。
听起来有点吓人，对吧？其实这就像是电线内部的一部分“自带短路”，导致电流跑偏，发电机就“生病”了。
你想想，如果发电机突然“生病”，不但电力供应会受到影响，周围一片“乌烟瘴气”，严重的还可能引发大规模停电。
所以，咱们要做的就是及时发现问题，避免“病情加重”，对不对？说到诊断这个问题，咱们得先弄清楚怎么发现匝间短路。
传统的方法可不一定好使，像是肉眼看不见、也听不着的电流问题，想要找到它，不是那么简单。
要是按老办法来做，得停机检查，完全得停掉发电机来检修，那时间和成本都得大幅增加。
谁家愿意为了这点小问题停机呢？那可就麻烦了。
怎么办？这时候咱们就得借助“动态匝间短路诊断试验”了。
这个试验听上去有点“高深莫测”，其实就是在发电机运行的过程中，通过一些先进的设备和技术手段，实时监测发电机的状态。
当它出现问题的时候，咱们就能提前发现，及时进行修复。
这一招简直是“省时又省力”，比传统的停机检查要“聪明”多了。
你要问怎么做的？简单！通过一些高科技传感器和监控设备，我们能在发电机运行的过程中，检测到电流、电压这些重要参数的变化。
如果发现不对劲，马上报警，提醒工作人员采取行动。
可以说，这种“动态监测”就像是给发电机装上了一双“火眼金睛”，把潜在的匝间短路问题揪出来，防患于未然。
不过，可能有人会疑问，发电机里的“匝间短路”到底会有什么影响？如果发生了，能不能恢复呢？别急，我告诉你。
匝间短路虽然看上去不是什么大问题，但如果不及时发现，后果可不小。
五相感应电动机定子绕组匝间短路仿真分析
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔｄ ｆ ｌ ｐ ｔｈ； ｍ－ ｏ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃｒ ｕ ｔ ｔｒ ｕ ｕｓ ｔ ｎ； ｅｄ－ ｉｃ ｉ ｃ ｕ ｌ ｇ ｍａ ｎ ｔ ｅ ｄ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｃ ｎ ｒ ｅ ｕ ｌ ｉ ａ － ｃ ｔ ｕ ｔ — ｕ ｎ ｓ ｏ ｔ ｉ ｉ ； ｑ ｅ ｐ ｌａｉ ｆ ｌ ｃｒ ｕｔ ｏ ｐ ｉ ； ｇ ｅｉ ｆ ｌ ｃ ｏ ｏ ｉ ｎ ｃｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｕ ｉ ｅ ｄ ｌ ｆｔｅ ｆ ｅ ｐ ａ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔａｅ ｌ ｐ ｔｈ ｉｄ ｃ ｉｎ ｆｒｔ ｒ ｏ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃ ｒｕ ｔｉ ｔｔｒ ｓｒ ｃ ： ｈ ｎｆ ｄ ｍｏ ｅ ｖ — ｈ ｓ ｏ ｃ ｎ ｒｔ ｄ ｆ ｌ ｉ ｎ ｕ ｔ ｏ ｕ ｔ ｕ ｓ ０ ｔ ｉ ｉ ｎ ｓａｏ ｉ ｏ ｈ ｉ ｕ — ｃ ｏ ｎ ｎ ｃ
朱 鹏 ， 晓锋 ， 鸣 忠 ， 张 乔 蔡 巍 ， 京辉 梁
（ 军工程大学 ， 北武汉 ４０３ ） 海 湖 ３０ ３ 摘 要： 建立 了五 相 集 中整 距 绕 组 感 应 电 动机 定 子 绕 组 匝间 短 路 时 的 统 一 模 型 。通 过 该 模 型 ， 以 分 析 定 子 各 可
种短 路 故 障及 各 电机 参 数 对 定 子绕 组 匝 间短 路 的影 响 。 针 对 电 机一 相 出现 匝 间短 路 时 的情 形 ， 用 Ｍａａ／ ｉｕｉｋ 利 ｌ ｆｂ Ｓｍ ｌ ｎ 进 行 了仿 真 计 算 ， 过 对 比 Ａ ｓｆ场路 耦 合 计 算 结 果 ， 以发 现 ， 种 结 果 是 相 吻 合 的 ， 一 定 程 度 上 验 证 了所 建 立 通 ｎｏ ｉ 可 两 在
永磁同步电机匝间短路故障在线诊断研究2500字
永磁同步电机匝间短路故障在线诊断研究2500字分析永磁同步电机匝间短路故障常用的模拟方法，研究我国匝间短路故障诊断方法，在目前发展状况，预测定子匝间短路故障的处理方法，提出了针对解决匝间短路故障的解决注意问题。
永磁同步电机匝间短路故障不能被诊断得到纠正，会造成一定故障问题，需要及时对于故障进行诊断，对于影响车辆的正常运行，减少故障的破坏性，早期及时发现故障及时处理，减少故障诱发的停机问题，保障机器正常运转模式。
/3/view-13032379.htm永磁；同步；电机；匝间短路故障；诊断永磁同步电机的结构一般比较紧凑，体积比较小，重量比较轻，工作效率也比较高，工作具有很高可靠性，噪声比较低的特点。
在电动汽车驱动综合指标中，电动汽车的电机需要合理选择。
通常情况下电动汽车的运行环境比较复杂，会涉及到很多方面问题，比如振动、湿度、粉尘和频繁起动等问题，这些都会直接影响到电机安全运行问题，会诱发一定电机故障问题。
一、永磁同步电机定子匝间短路故障模拟方法分析永磁同步电机定子匝间短路故障诊断研究中，可以集中分为两个方面，要寻找故障特征量，判断故障发生，判定故障的严重程度，对于永磁同步电机定子匝间短路故障进行及时处理，总结变化规律，及时判断故障发生的原因，有效分析故障出现问题，利用有效办法解决故障问题，比如采用有限元分析方法，建立良好故障模型，减少故障发生，设定良好电机运行环境，对于电机故障仿真处理，分析形成故障原因，采用有效措施解决故障。
另一种办法就是建立永磁同步电机数学模型，借助仿真平台，提高故障处理，设定良好的接头和附加电阻，及时调整好电阻大小，分析定性电阻之间关系。
二、永磁同步电机定子匝间短路故障短路故障诊断方法研究分析在电机运行过程中，要提高内部空间存在的气隙磁场，电机中的点磁场要在不同媒质中分布，根据变化情况分析，实现对于电机运行状态性能分析，及时反映电机内部磁场的数学模型，运用良好的诊断方法对于电机进行分析研究，常用的方法有参数辨识法、卡尔曼滤波算法和磁通估计法等。
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电机匝间短路故障的仿真研究
摘要:电机匝间短路故障的仿真研究是以电机匝间的气隙励磁磁通密度信号为研究对象的,通过采集系统进行数据实时采集,再运用小波包分解对数据进行分析,提取故障信息,最后运用BP神经网络对数据进行训练和测试,从而达到对电机匝间短路故障以及故障位置的准确判断。
通过运行表明,此方法故障识别率高、方便灵活而且诊断精度高。
关键词:匝间短路电流信号小波包分解BP神经网络
电机广泛的应用于各种机械设备,其性能决定了行业的经济效益和技术水平。
为了保证电机的安全运行,有效和及时的避免事故发生,对电机各种参数进行实时监测具有非常重要的意义。
本文提出一种电机匝间短路故障检测的方法,是将小波包分解和BP神经网络技术结合,通过采集到的电机的气隙励磁磁通密度信号进行分析和训练,建立数据信号和故障模式的非线性映射关系,从而确定是否存在短路故障以及确定隐患所在位置。
电机匝间短路故障的仿真研究,可以提高电机匝间短路故障诊断的有效性和可靠性。
1 电机转子绕组匝间短路故障机理
电机匝间短路是电机故障中最常见的故障之一。
本论文的选择的是电机匝间绕组开槽数是16,N极和S极各设置8个槽。
利用MATLAB 软件进行模拟仿真,采集并存储正常状态和任意一个槽内发生短路故
障时的气隙励磁磁通密度信号,分析比较采集的信号,为电机匝间短路故障的仿真研究提供了数据支持。
2 综合故障诊断的数据处理系统
当电机发生短路故障时,气隙励磁磁通密度信号的波形发生相应变化,即该信号携带了丰富的故障特征信息。
因此,综合故障诊断的数据处理系统主要实现对故障特征信息的提取,采用小波包变换将信号分解后,提取与故障征兆有关的量值,为建立BP神经网络诊断提供数据基础。
利用小波包变换提取的特征信息作为BP神经网络的输入,电机故障槽短路作为输出,建立3层BP神经网络,进行学习和训练,BP 神经网络完全能够实现电机匝间短路故障的判断及故障槽的准确定位。
3 应用小波包变换提取气隙励磁磁通密度信号的故障信息
应用小波包变换可以将气隙励磁磁通密度信号的低频和高频同时分解变换,其中,低频分量和原信号相似,而高频分量是携带故障特征信息的细节信号。
小波包变换的优势在于提高高频部分的分辨率,可以更准确的提取频带内的信息,放大了电机匝间短路时信号携带的故障特征信息,在故障检测识别领域中得到了广泛的应用。
基于小波包变换的故障特征信息提取的具体实现方法如以下几点。
(1)小波包分解。
本系统采用4层小波包变换,将气隙励磁磁通密度信号分解出16个分量。
(2)小波包分解系数进行重构。
分别求出16个分量在各自频带中的信号总能量,再将含有故障特征信息的分量进行小波系数重构。
具体做法是:对4层小波包分解出来的16个分量分别提取其特征向量,按照低频到高频的顺序将其排列,得到16个频带的特征信号。
(3)特征向量归一化处理。
对16个特征信号进行归一化处理,将其数值归一化到[0,1]范围内。
4 建立BP神经网络诊断电机匝间短路故障
本文利用BP神经网络建立短路故障诊断系统,对电机的气隙励磁磁通密度信号进行分析和训练,实现对故障信息的智能识别和准确定位。
BP神经网络即反向传播网络,是目前故障检测中应用最广泛的神经网络模型之一,可以通过故障实例中的样本数据对网络进行不断的训练学习以提高网络中存储知识的数量,并通过网络中调整各神经元之间的权值来实现智能判断。
4.1 建立神经网络
将小波包变换提取气隙励磁磁通密度信号的故障信息作为输入向量,来建立一个独立的三层BP神经网络模型。
(1)输入层神经元个数:输入层的神经元是由气气隙励磁磁通密度信号经过4层小波包分解后的16个特征向量构成,再进行归一化处理,样本数据归一化到[0,1],保证算法程序收敛加快。
(2)输出层神经元个数:输出层是由电机短路故障的故障槽个数确定的,本系统存在16种短路故障类型和一种正常状态的情况,总共17个状态输出,因此采用输出层的神经元个数设置为5,总共可以输出32种输出状态,当转子不同槽发生短路故障时,目标输出不同,可以根据神经网络的输出结果对故障槽进行准确的定位。
(3)学习速率:一般学习速率选择范围为0.01～0.8之间。
本试验选取学习速率为0.1。
4.2 BP神经网络训练结果
采用LM算法进行BP神经网络的训练,神经网络的训练参数设置为如下:
net.trainParam.lr=0.1; %学习速率为0.1
net.trainParam.epochs=1000; %训练次数为1000
net.trainParam.goal=1e-6;%训练误差p参考文献
[1] 聂国斌,赵亮.小波神经网络技术在故障诊断中的应用[M].北京:工业技术出版社,2007:16-21.
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