基于电流信号提取技术的SRD故障检测方法的研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:pengqiuyu1990
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开关磁阻电机(SRM)由于其结构简单及独立的相间控制,具备较高可靠性,与其它电机相比具有一定的容错能力。但其固有的容错能力也是有限的,电机长期故障运行,必将对整个系统造成严重危害。因此,对开关磁阻电机调速系统(SRD)故障检测技术的研究具有十分重要的意义,以便采取适当的容错策略。本论文以SRD故障检测技术的研究为主题,基于电流信号提取技术分别对电机定子绕组匝间短路故障、功率变换器故障、气隙偏心这三类故障提出了新的检测方法。首先,本文基于GA-BP算法对SRM进行建模。建立以电机绕组相电流和转子位置角为输入、磁链和转矩为输出的神经网络模型,利用GA-BP混合算法对网络进行训练。与传统BP神经网络所建模型相比较,该法建模具有较高准确度和可靠性。并基于Matlab/Simulink环境,提出一种独立功能模块化的8/6极SRM建模方法。分别对电机本体、功率变换器、速度控制、电流控制、转子位置角选择、转矩计算及参数计算等各部分进行模块化建模,再将各模块有机组合在一起,构建出SRD整体仿真模型。模型的速度控制器由PI调节器构成,电流控制模块将采用角度位置控制(APC)与电流斩波控制(CCC)相结合的控制方式,有效地实现了电机实时控制。其次,基于电磁分析软件Maxwell与电路分析软件Simplorer建立SRD仿真系统,深入分析了绕组匝间短路故障原理,分别从磁路和场路的角度对电机一极绕组完全短路和匝间短路两种情况进行仿真研究。仿真实验结果证明绕组短路故障破坏电机磁极间对称性,对电机输出性能造成影响。在此基础上,基于相电流频谱分析,提取基波分量重构SRM四相的对称电流,利用对称分量法计算重构电流的正序分量及负序分量,以正序分量与负序分量的比值作为故障特征量。不同工况下的仿真与实验结果证明了该方法可有效地实现SRM定子绕组匝间短路故障检测。此外,基于电机正常运行与故障运行时直流母线电流、相电流的不同表现提取故障特征量,并结合功率元件通断状态进行综合分析,提出一种能够及时准确地检测出故障发生、诊断出故障相、判断出故障类型、定位出故障元件的综合检测方案。仿真与实验结果证明该检测方案在电机高速、低速运行时的准确性和可靠性。同时,基于SRM电路方程的推导,得到以气隙长度为变量的非励磁相电流的函数解析式。利用有限元分析法计算电机处于正常状态及不同偏心等级情况下非励磁相电流,通过对比,提出一种以非励磁相电流差值为特征量的气隙偏心故障检测方法。该法能够实现偏心故障发生、故障相定位及偏心类型辨别的综合检测。最后,通过对SRM基本电路方程的推导,得出电机同相两定子极绕组的电流差值与气隙长度的函数关系式,利用有限元分析法计算出电机正常状态及不同偏心等级情况下绕组电流差值,并将不同励磁模式下绕组电流差值转化为矩阵表达式。通过分析矩阵表达式各元素的对称性,针对8/6极SRM提出一种以同相两绕组电流差值为特征量的气隙偏心故障检测方法。该法能够实现偏心故障发生诊断、故障相定位、偏心方向判定及偏心类型辨别的综合检测。仿真与实验结果表明,该法具有较高准确性、可靠性及鲁棒性,并总结了上述两种偏心故障检测方案特点的对比。
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