永磁同步电机匝间短路故障在线检测方法
第３７卷第３期２０１８年３月
电工电能新技术
ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙ
Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．３Ｍａｒ．２０１８
收稿日期：２０１７?０３?２９
作者简介：彭一伟（１９９１?），男，重庆籍，硕士研究生，研究方向为电动汽车用交流电机的控制；
赵一峰（１９７９?），男，陕西籍，研究员，研究方向为电动汽车用交流电机的控制三
永磁同步电机匝间短路故障在线检测方法
彭一伟１，２，赵一峰１，３，４，王永兴１，３，４，关天一１，２
（１．中国科学院电工研究所，北京１００１９０；２．中国科学院大学，北京１０００４９；
３．中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室，北京１００１９０；
４．电驱动系统大功率电力电子器件封装技术北京市工程实验室，北京１００１９０）
摘要：本文提出了简单的永磁同步电机（ＰＭＳＭ）匝间短路故障在线检测方法三首先对不同状态ＰＭＳＭ定子电流谐波成分展开分析，提出一个融合了－ｆｅ及?３ｆｅ谐波成分的故障特征量Ｆｔ三针对采用快速傅立叶变换方法计算特征量实时性差的问题，在连续细化傅立叶变换方法基础上引入布莱克曼窗，从而改善了连续细化傅立叶变换方法的幅值辨识精度，实现了故障特征量快速且准确的求取三仿真及实验结果表明，特征量Ｆｔ能够正确反映ＰＭＳＭ匝间短路故障是否发生，本文提出的在线检测方法在不增加任何硬件设备的基础上实现了ＰＭＳＭ匝间短路故障的检测三关键词：永磁同步电机；匝间短路故障；故障特征量；在线检测；连续细化傅立叶变换
ＤＯＩ：１０ １２０６７／ＡＴＥＥＥ１７０３１０３一一一文章编号：１００３?３０７６（２０１８）０３?００４１?０８一一一中图分类号：ＴＭ３５１
１一引言
永磁同步电机（ＰＭＳＭ）具有高转矩／惯量比二高功率密度二高效率二响应快等优点三近年来，随着永磁性能不断提高，ＰＭＳＭ在电动汽车中的应用越来越广泛［１］三永磁同步电机在长期运行的过程中不可避免会出现各种故障，严重影响其在电动汽车应用中的可靠性和安全性三永磁同步电机驱动系统中，由匝间短路引起的定子绕组故障是最为常见的故障之一［２］三在早期的匝间短路故障阶段，电机仍然可以正常运行，然而由于大的短路电流的存在，短路回路会产生大量热量，从而引起更多的绝缘失效三因此，早期匝间短路故障的检测对于避免驱动系统失效二避免危害人身安全具有十分重要的作用三目前，已有许多学者展开了永磁同步电机定子
故障检测方面的工作［３?１１］三这些研究主要包括基于磁通密度传感器的方法［３］二基于测得的定子电压和电流构建状态观测器的方法［４］二基于频域及时频分析工具的定子电流特征分析的方法［５?１０］二智能控制（如人工神经网络）方法［１１］等故障检测方案三其中，定子电流特征分析方法因其低成本而受到国内
外学者最广泛的关注三文献［５］提出将负序电流幅值作为反映匝间短路故障严重程度的特征量，并采用负序ｄｑ轴结合低通滤波器的方案成功提取出负序电流幅值三文献［６］利用傅立叶变换的方法对定子电流信号进行分析，通过对比正常电机和故障电机定子电流频谱，指出故障电机定子电流３次谐波含量增加，故以此作为故障的判定依据三文献［７］在文献［６］的基础上提出以ｑ轴２次谐波幅值为特征量代替定子电流３次谐波电流的提取，简化了故障检测算法三傅立叶变换将原有电流信号从时域变换到频域进行分析，难以应对系统非线性工况下的特征量提取三针对这一问题，文献［８，９］分别采用离散小波变换（ＤＷＴ）和小波包变换对动态情况下匝间短路故障的定子电流进行分析三仿真和实验结果表明，该方法在电机变速二中速二低速二高速情况下，根据３次谐波所在频段能量进行分析均可判定短路故障是否发生三文献［１０］采用经验模态分解（ＥＭＤ）方法对定子电流进行分析，得到一个本征模态函数ＩＭＦ的集合，然后用时频分析方法对包含故障谐波的模态进行分析得到故障对应的瞬时频率，仿真和实验表明了该诊断方法的有效性三时频分析
电机匝间短路与相间短路
电机匝间短路及相间短路问题解答 一、什么是电机匝间短路 就是同一个绕组是由很多圈（匝）线绕成的，如果绝缘不好的话，叠加在一起的线圈之间会短路，这样一来，相当于一部分线圈直接被短路掉不起作用了。匝间短路后，电机的绕组因为一部分被短路掉，磁场就和以前不同了，不对称了，而且剩余的线圈电流比以前大了，电机运行中会振动增大，电流增大，出力相对减小。 二、发生电机匝间短路，会有以下现象： 1）被短路的线圈中将流过很大的环流（常达正常电流的2－－-10倍），使线圈严重发热； 2）三相电流不平衡，电动机转矩降低； 3）产生杂音； 4）短路严重时，电动机不能带负载起动。 匝间短路在刚开始时，可能只有两根导线因交叠处绝缘磨坏而接触。 由于短路线匝内产生环流，使线圈迅速发热，进一步损坏邻近导线的绝缘，使短路的匝数不断增多、故障扩大。 短路匝数足够多时，会使熔断器烧断，甚至绕组烧焦冒烟。 当三相绕组有一相发生匝间短路时，相当于该相绕组匝数减少，定子三相电流就不平衡。不平衡的三相电流使电动机振动，同时发出不正常的声音。电动机平均转矩显著下降，拖动负载时就显得无力。
三、电动机绕组短路故障现象和原因是什么？ 答：由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤、制造不良等造成绝缘损坏所至，分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路和绕组相间短路。 1.故障现象 离子的磁场分布不均，三相电流不平衡而使电动机运行时振动和噪声加剧，严重时电动机不能启动，而在短路线圈中产生很大的短路电流，导致线圈迅速发热而烧毁。 2.产生原因 电动机长期过载，使绝缘老化失去绝缘作用；嵌线时造成绝缘损坏；绕组受潮使绝缘电阻下降造成绝缘击穿；端部和层间绝缘材料没垫好或整形时损坏；端部连接线绝缘损坏；过电压或遭雷击使绝缘击穿；转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损坏；金属异物落入电动机内部和油污过多。 相间短路的电机短路点会瞬间烧断融化，导致电机无法工作。 匝间短路的电机会电流不正常，稍后冒烟甚至起火，烧毁至电机无法工作。维修时一眼就能鉴别出来。 *异步电机与同步电机区别：
极槽配合对永磁同步电机性能的影响_新(技术相关)
极槽配合对永磁同步电机性能的影响 摘要：永磁同步电机由于具有结构简单、体积小、效率高、功率因数高、转动惯量小、过载能力强，运行可靠等特点，在家用电器、医疗器械和汽车中得到广泛使用。永磁同步电机的齿槽转矩会引起输出转矩的脉动和噪声，不平衡径向电磁力则是电机的主要噪声源。本文着重研究极槽配合对永磁同步电机性能的影响，主要包括齿槽转矩和径向电磁力两个方面。详细介绍了齿槽转矩和径向电磁力的相关原理，并通过仿真对8极9槽和8极12槽两种极槽配合的电机进行分析比较，验证了相关的理论的正确性，最后得出电机设计中应综合考虑齿槽转矩、径向电磁力等相关因素合理选择极槽配合。 关键词：极槽配合；齿槽转矩；永磁同步电机；径向力 Influence of Pole-Slot Combination on The Performance of Permanent Magnet Synchronous Motor Abstract: Permanent magnet synchronous motor has simple structure, small volume, high efficiency, high power factor, small moment of inertia, strong overload capacity, reliable operation, widely used in household appliances, medical equipment and vehicles. Cogging torque will cause output torque ripple and noise of PMSM ,And unbalanced radial electromagnetic force is the main reason of noise of motor. In this paper,we focuses on the research of pole-slot combination effects on the performance of PMSM, including two aspects:the cogging torque and radial electromagnetic force. The relevant principles of the cogging torque and radial electromagnetic force were introduced in detail, and through the simulation of 8 poles 9 slots and 8 poles 12 slots motors,the two kinds of pole-slot combination motor were analyzed and compared, verified the related theory.Finally, we conclude that the cogging torque and radial electric force and so on related factors should be considered into the motor design when selecting reasonable pole-slot combination. Key words: pole-slot combination; cogging torque;PMSM; radial force 1引言 永磁同步电机结构简单、体积小、效率高、功率因数高、转动惯量小、过载能力强，运行可靠，且其
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率 密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航 天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电 动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速 永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电 动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另 一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变 频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell 软件中的RMxprt 模块进行了一种调速永磁同步电 动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D 中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行 了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子 冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 永磁同步电动机的效率η、功率因数cos ?、起动转矩st T 和最大转矩max T 。本例所设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 额定数据 数值 额定功率 N 30kw P = 相数 =3m 额定线电压 N1=380V U 额定频率 =50Hz f 极对数 =3p 额定效率 N =0.94η 额定功率因数 N cos =0.95? 绝缘等级 B 级 计算额定数据：
发电机匝间短路故障诊断
目录 1 引言 (1) 1.1 研究目的与意义 (1) 1.2 发电机故障诊断技术的发展状况 (1) 1.3 发电机转子绕组匝间短路故障检测的研究现状 (2) 1.4 本文的内容和主要工作 (4) 2 汽轮发电机转子绕组匝间短路的理论分析 (6) 2.1 汽轮发电机的转子结构 (6) 2.2 转子绕组发生匝间短路的原因 (6) 2.3 匝间短路的磁场分析 (7) 2.3.1 发电机发生匝间短路的磁场分析 (9) 3 发电机转子绕组匝间短路故障的探测线圈法 (12) 3.1 探测线圈法的测试原理 (12) 3.2 探测线圈的结构及置放 (14) 3.2.1 诊断系统及其功能组成 (15) 3.2.2 基本参数 (16) 3.2.3 传感器安装和定位 (16) 3.3.3 故障判断 (16) 3.3 大亚湾核电站发电机组的探测线圈法实例分析 (17) 参考文献 (20)
1引言 1.1研究目的与意义 随着我国国民经济的快速发展，电力工业正处于大电机和大电网的发展阶段。人们的生活和生产水平迅速提高，使得电能需求量日益增长，进而对电力系统的供电质量、可靠性及经济性等指标的要求也不断提高。发电机是电能生产的重要设备，它为整个电力系统提供电能，是整个电网的心脏，因此如果发电机发生故障，可能会导致局部停电甚至整个系统崩溃。 发电机转子作为发电机的重要组成部分，主要由励磁绕组线圈、线圈引线以及阻尼绕组等部分组成。发电机运行时，由于转子处于高速旋转状态，这些部件将承受很大的机械应力和热负荷，若超过其极限值时将导致部件的损坏。转子绕组是发电机经常出现故障的部位，除本体故障外，主要是转子绕组的短路故障，如匝间短路、一点接地短路、两点接地短路等。发电机正常运行时，转子绕组对地之间会有一定的分布电容和绝缘电阻，绝缘甩阻的阻值通大于1兆欧。但是因某种原因导致对地绝缘损坏或绝缘电阻严重下降时，就会发生转子绕组接地事故。当发电机转子发生一点接地故障时，因为励磁电源的泄漏电阻很大，一般不会造成多大的伤害，限制了接地泄露电流的数值。但是，发电机转子两点接地故障将会产生很大的电流，经故障点处流过的故障电流会烧坏转子本体。而部分转子绕组的短接，励磁绕组中增加的电流可能会导致转子因过热而烧坏，气隙磁通也会失去平衡，从而引起发电机的振动，还可能使转子大轴磁化，甚至会导致灾难性的后果，因此两点接地故障的后果是很严重的。 目前，在国内运行的大型发电机组中，发电机匝间短路故障占故障总数的比重较大，大多数发电机都发生过或已经存在转子绕组匝间短路的故障。由于转子绕组绝缘的损坏，转子绕组匝间短路后会形成短路电流，从而导致局部过热。发电机长期在这种环境下运行，会进一步引起绝缘的损坏，导致更为严重的匝间短路，最终形成恶性循环。据统计资料表明，发电机转子匝间短路故障并不会影响机组的正常运行，所以常常被忽略，但是如果任其发展，转子电流将会显著增加，绕组温升过高，无功输出降低，电压波形畸变，机组振动加剧，并且还会引起其它的机械故障，严重时还会影响发电机的无功出力。如果发生的是不对称的匝间短路故障，发电机组的振动将会加剧，转子绕组的绝缘也有可能进一步的损坏，进而发展成为接地故障，对发电机组的安全稳定运行构成了严重的威胁。因此，对发电机绕组匝间短路故障的诊断与识别是十分必要的。 1.2 发电机故障诊断技术的发展状况 早期的故障诊断主要依靠人工经验，如：看、听、触、摸等方法进行诊断，
永磁同步电机失磁故障的对策分析
永磁同步电机失磁故障的对策分析 1.引言 永磁同步电机由于其结构简单、运行可靠、损耗少、功率密度高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，应用范围极为广泛，遍及航空航天、国防、工农业和产和日常生活的各个领域。目前，永磁电机的应用领域仍在不断的拓展，风力发电、电动汽车等新能源领域也在大量使用永磁电机。因此，为了确保像电动汽车这样的应用系统以及其它对可靠性要求更高的应用领域的安全性，必须重视永磁同步电动机运行的可靠性和稳定性。 嵌入电机内的永磁体是永磁同步电机重要的结构部件，它的磁性能直接影响永磁同步电机的效率、性能和可靠性。在温度、电枢反应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，甚至有可能导致电机停转，对于像电动汽车这样的应用系统，永磁电机的突然失磁是非常危险的。因此，分析永磁同步电机的永磁体磁性能及失磁故障，对电机安全高效运行具有十分重要的意义[1][2]。 2.国内外研究现状 近年来，国内外对永磁材料的失磁机理和永磁同步电机的失磁故障进行了广泛的研究。文献[3]对稀土永磁材料的交流失磁现象进行研究，总结出稀土永磁材料表面磁感应强度在不同频率的交变磁场作用下随时间的变化规律。文献[4]针对稀土永磁同步电机在运行一段时间后性能下降这一现象，分析了引起电机失磁的原因，提出了在检修和运行中避免失磁的一些有效方法。文献[5]提出了一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。文献[6][7]中通过建立参数模型或有限元模型来研究电机的失磁故障，提出了一些对永磁同步电机失磁故障的监测方法。文献[10]对失磁故障原因进行了全面的分析，提出了离线和在线检测方法。基于永磁体磁场状况的动态监测，可防止永磁电机失磁状况的恶化，降低不可逆失磁程度。文献[13]提出一种改进的反电势法，可用于永磁体磁链估计。 3.永磁同步电机失磁的发生 任何磁性材料都存在材料自身的磁性能稳定问题。永磁材料也具有失磁特
永磁同步电机匝间短路故障在线检测方法
第３７卷第３期２０１８年３月 电工电能新技术 ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙ Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．３Ｍａｒ．２０１８ 收稿日期：２０１７?０３?２９ 作者简介：彭一伟（１９９１?），男，重庆籍，硕士研究生，研究方向为电动汽车用交流电机的控制； 赵一峰（１９７９?），男，陕西籍，研究员，研究方向为电动汽车用交流电机的控制三 永磁同步电机匝间短路故障在线检测方法 彭一伟１，２，赵一峰１，３，４，王永兴１，３，４，关天一１，２ （１．中国科学院电工研究所，北京１００１９０；２．中国科学院大学，北京１０００４９； ３．中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室，北京１００１９０； ４．电驱动系统大功率电力电子器件封装技术北京市工程实验室，北京１００１９０） 摘要：本文提出了简单的永磁同步电机（ＰＭＳＭ）匝间短路故障在线检测方法三首先对不同状态ＰＭＳＭ定子电流谐波成分展开分析，提出一个融合了－ｆｅ及?３ｆｅ谐波成分的故障特征量Ｆｔ三针对采用快速傅立叶变换方法计算特征量实时性差的问题，在连续细化傅立叶变换方法基础上引入布莱克曼窗，从而改善了连续细化傅立叶变换方法的幅值辨识精度，实现了故障特征量快速且准确的求取三仿真及实验结果表明，特征量Ｆｔ能够正确反映ＰＭＳＭ匝间短路故障是否发生，本文提出的在线检测方法在不增加任何硬件设备的基础上实现了ＰＭＳＭ匝间短路故障的检测三关键词：永磁同步电机；匝间短路故障；故障特征量；在线检测；连续细化傅立叶变换 ＤＯＩ：１０ １２０６７／ＡＴＥＥＥ１７０３１０３一一一文章编号：１００３?３０７６（２０１８）０３?００４１?０８一一一中图分类号：ＴＭ３５１ １一引言 永磁同步电机（ＰＭＳＭ）具有高转矩／惯量比二高功率密度二高效率二响应快等优点三近年来，随着永磁性能不断提高，ＰＭＳＭ在电动汽车中的应用越来越广泛［１］三永磁同步电机在长期运行的过程中不可避免会出现各种故障，严重影响其在电动汽车应用中的可靠性和安全性三永磁同步电机驱动系统中，由匝间短路引起的定子绕组故障是最为常见的故障之一［２］三在早期的匝间短路故障阶段，电机仍然可以正常运行，然而由于大的短路电流的存在，短路回路会产生大量热量，从而引起更多的绝缘失效三因此，早期匝间短路故障的检测对于避免驱动系统失效二避免危害人身安全具有十分重要的作用三目前，已有许多学者展开了永磁同步电机定子 故障检测方面的工作［３?１１］三这些研究主要包括基于磁通密度传感器的方法［３］二基于测得的定子电压和电流构建状态观测器的方法［４］二基于频域及时频分析工具的定子电流特征分析的方法［５?１０］二智能控制（如人工神经网络）方法［１１］等故障检测方案三其中，定子电流特征分析方法因其低成本而受到国内 外学者最广泛的关注三文献［５］提出将负序电流幅值作为反映匝间短路故障严重程度的特征量，并采用负序ｄｑ轴结合低通滤波器的方案成功提取出负序电流幅值三文献［６］利用傅立叶变换的方法对定子电流信号进行分析，通过对比正常电机和故障电机定子电流频谱，指出故障电机定子电流３次谐波含量增加，故以此作为故障的判定依据三文献［７］在文献［６］的基础上提出以ｑ轴２次谐波幅值为特征量代替定子电流３次谐波电流的提取，简化了故障检测算法三傅立叶变换将原有电流信号从时域变换到频域进行分析，难以应对系统非线性工况下的特征量提取三针对这一问题，文献［８，９］分别采用离散小波变换（ＤＷＴ）和小波包变换对动态情况下匝间短路故障的定子电流进行分析三仿真和实验结果表明，该方法在电机变速二中速二低速二高速情况下，根据３次谐波所在频段能量进行分析均可判定短路故障是否发生三文献［１０］采用经验模态分解（ＥＭＤ）方法对定子电流进行分析，得到一个本征模态函数ＩＭＦ的集合，然后用时频分析方法对包含故障谐波的模态进行分析得到故障对应的瞬时频率，仿真和实验表明了该诊断方法的有效性三时频分析
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析
调速永磁同步电动机的电磁设计与磁场分析 1 引言 与传统的电励磁电机相比，永磁同步电动机具有结构简单，运行稳定；功率密度大；损耗小，效率高；电机形状和尺寸灵活多变等显著优点，因此在航空航天、国防、工农业生产和日常生活等各个领域得到了越来越广泛的应用。 随着电力电子技术的迅速发展以及器件价格的不断下降，越来越多的直流电动机调速系统被由变频电源和交流电动机组成的交流调速系统所取代，变频调速永磁同步电动机也应运而生。变频调速永磁同步电动机可分为两类,一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机,另一类是两种波形都是正弦波的一般意义上的永磁同步电动机。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动，在转子上可以不用设置起动绕组。 本文使用Ansoft Maxwell软件中的RMxprt模块进行了一种调速永磁同步电动机的电磁设计，并对电机进行了性能和参数的计算，然后将其导入到Maxwell 2D中建立了二维有限元仿真模型，并在此模型的基础上对电机的基本特性进行了瞬态特性分析。 2 调速永磁同步电动机的电磁设计 2.1 额定数据和技术要求 调速永磁同步电动机的电磁设计主要包括主要尺寸和气隙长度的确定、定子冲片设计、定子绕组的设计、永磁体的设计等。通过改变电机的各个参数来提高 T。本例所永磁同步电动机的效率η、功率因数cos?、起动转矩st T和最大转矩max 设计永磁同步电动机的额定数据及其性能指标如下： 计算额定数据：
(1) 额定相电压：N 220V U U == (2) 额定相电流：3 N N N N N 1050.9A cos P I mU η??== (3) 同步转速：160=1000r /min f n p = (4) 额定转矩：3 N N 1 9.5510286.5N m P T n ?==g 2.2 主要尺寸和气隙长度的确定 永磁电机的主要尺寸包括定子内径和定子铁心有效长度，它们可由如下公式 估算得到： 2 i11P D L C n '= N N N cos E K P P η?'=， 6.1p Nm dp C K K AB δ α=' 式中，i1D 为定子内径，L 为定子铁心长度，P '为计算功率，C 为电机常数。 E K 为额定负载时感应电势与端电压的比值，本例取0.96；p α'为计算极弧系数， 初选0.8；Nm K 为气隙磁场的波形系数，当气隙磁场为正弦分布时等于1.11；dp K 为电枢的绕组系数，初选0.92。A 为电机的线负荷，B δ为气隙磁密，A 和B δ的 选择非常重要，直接影响电机的参数和性能，应从电机的综合技术经济指标出发 来选取最合适的A 和B δ值，本例初选为200A/cm,0.7T A B δ==。 由上式可初步确定电机的2i1D L ，但要想进一步确定i1D 和L 各自的值，还应选择主要尺寸比i1i122L L pL D D p λπτπ===，其中τ为极距。通常，中小型同步电动机的0.6~2.5λ=，一般级数越多，λ也越大，本例初选1.4。 永磁同步电动机的气隙长度δ一般要比同规格的感应电动机的气隙大，主要 是因为适当的增加气隙长度可以在一定的程度上减小永磁同步电动机过大的杂 散损耗，减低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配。所以设计永磁同步电动 机的气隙长度时,可以参照相近的感应电动机的气隙长度并加以适当的修改。本 例取=0.7mm δ。 确定电动机定子外径时，一般是在保证电动机足够散热能力的前提下，视具 体情况为提高电动机效率而加大定子外径还是为降低成本而减小定子外径。
永磁同步电机性能要求与技术现状分析
在各类驱动电机中, 永磁同步电机能量密度高, 效率高、体积小、惯性低、响应快, 有很好的应用前景。永磁电动机既具有交流电动机的无电刷结构、运行可靠等优点, 又具有直流电动机的调速性能好的优点, 且无需励磁绕组, 可以做到体积小、控制效率高, 是当前电动汽车电动机研发与应用的热点。 永磁同步电动机( PMSM)系统具有高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点, 通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能, 提高电动机的调速范围, 因此在电动汽车驱动方面具有较高的应用价值。 作为车辆电驱动系统的中心环节, 驱动电机的总体性能是设计研制技术的关键之一。根据车辆运行的特殊环境以及电驱动车辆自身的特点, 对驱动电机的技术要求主要是: ( 1)体积小、重量轻; 有较高的功率和转矩密度; ( 2)要求在宽速域范围内, 电动机和驱动控制器都有较高的效率; ( 3)有良好的控制性能以及过载能力, 以提高车辆的起动和加速性能。 永磁同步电机的功率因数大, 效率高, 功率密度大, 是一种比较理想的驱动电机。但正由于电磁结构中转子励磁不能随意改变, 导致电机弱磁困难, 调速特性不如直流电机。目前, 永磁同步电机理论还不如直流电机和感应电机完善, 还有许多问题需要进一步研究, 主要有以下方面。 1) 电机效率: 永磁同步电机低速效率较低, 如何通过设计降低低速损耗, 减小低速额定电流是目前研究的热点之一。 2）提高电机转矩特性 电动车驱动电机要求低速大转矩且有一定的高速恒功率运行范围, 所以相应控制策略的研究也主要集中在提高低速转矩特性和高速恒功率特性上。 1.低速控制策略: 为了提高驱动电机的低速转矩,一般采用最大转矩控制。早期永磁同步电机转子采用表面式磁钢, 由于直轴和交轴磁路的磁阻相同, 所以采用 id= 0 控制。控制命令中直轴电流设为 0, 从而实现最大转矩控制。随着同步电机结构的发展, 永磁同步电机转子多采用内置式磁钢, 利用磁阻转矩增加电机的输出转矩。id= 0 控制电机电枢电流的直轴分量为 0, 不能利用电机的磁阻转矩, 控制效果不好。目前, 永磁同步电机低速时常采用矢量控制, 包括气隙磁场定向、转子磁链定向、定子磁链定向等。 2.高速控制策略: 为了获得更宽广的恒功率运行范围, 永磁同步电机高速运行通常采用弱磁控制。另外, 在电机采用低速转矩控制和高速弱磁控制的同时, 还要考虑如何
利用电磁特性分析对永磁同步电机进行故障诊断的新方法..
文献翻译 题目利用电磁特性分析对永磁同步电机 进行故障诊断的新方法 学生姓名黄建波 专业班级电气工程及其自动化10级1班学号541001020215 院（系）电气信息工程学院 指导教师张志艳 完成时间 2014年 05月23日
利用电磁特性分析对永磁同步电机进行故障诊断的新方法姚达，IEEE学生会员，石晓东，IEEE会员，马赫施·奎纳姆瑟，IEEE会员 摘要 本文提出了一种通过直接测量传感线圈的磁通量对永磁同步电机进行健康监测和多故障检测的新方法。不同于其他基于频谱的故障检测方案，这种方法仅需要测量用于故障检测的基频分量。因此，本方案的性能不受速度波动或者电源谐波的影响。此外，可以检测到匝间短路的位置和静态偏心的方向，这是其他方案都没有的。虽然是嵌入式技术，但它非常适合于关键任务和新兴技术的应用，离岸风力涡轮机和混合动力汽车技术，军事上的应用等故障的早期检测非常重要的场合。使用有限元分析进行二维模拟已经验证了不同条件下提出的方法。实验简介对定子匝间短路故障、失磁故障、静态偏心故障进行了讨论，对提出的方案进行实验，验证其有效性。 关键词：故障检测，有限元分析、永磁同步电机、传感线圈。 1.简介 过去十年，永磁同步电机(PMSM)由于其高效率、高输出功率体积比和高转矩电流比，在诸如风力涡轮机和电动汽车中得到了很大的普及。在这些关键任务的应用中，一个意想不到的机器故障可能会导致非常高的维修或更换费用，甚至灾难性的系统故障。因此，这种场合需要坚固可靠的健康监测和故障检测方法，可以为预防性维护提供依据，延长使用寿命，减少机器故障。 离线机故障检测与诊断的方法不能频繁地测试，经济上也不允许，研究人员已经提出了许多在线检测的方法，这类方法维修费用少、诊断结果更可靠。一个具有成本效益的方式是基于定子电流频谱，通常被称为电动机电流特征分析（MCSA）[1]-[6]。电机电流的特定次谐波可以作为某种特定故障的标志。由于离散傅里叶变换(DFT)不包含机器操作和快速变化的速度的时间信息，短时傅里叶变换可以权衡时间和频率的分辨率。然而，一个固定长度的窗口可能导致不同的电流频率[7]不一致，改变电机的速度使它难以确定谐波次数。为了避免时间分辨率和频率分辨率之间的矛盾，罗赛罗等人[7]利用连续小波变换(CWT)和离散小波变换(DWT)在一台机器非平
电机匝间短路与相间短路
电机匝间短路及相间短路问题解答 一、什么就是电机匝间短路 就就是同一个绕组就是由很多圈（匝)线绕成得,如果绝缘不好得话,叠加在一起得线圈之间会短路,这样一来,相当于一部分线圈直接被短路掉不起作用了。匝间短路后，电机得绕组因为一部分被短路掉,磁场就与以前不同了,不对称了,而且剩余得线圈电流比以前大了,电机运行中会振动增大,电流增大,出力相对减小。 二、发生电机匝间短路,会有以下现象:1?）被短路得线圈中将流过很大得环流(常达正常电流得2－－-１0倍),使线圈严重发热;2?)三相电流不平衡,电动机转矩降低; 3)产生杂音;4?)短路严重时,电动机不能带负载起动。?匝间短路在刚开始时,可能只有两根导线因交叠处绝缘磨坏而接触。?由于短路线匝内产生环流,使线圈迅速发热,进一步损坏邻近导线得绝缘,使短路得匝数不断增多、故障扩大。 短路匝数足够多时,会使熔断器烧断,甚至绕组烧焦冒烟。 当三相绕组有一相发生匝间短路时,相当于该相绕组匝数减少,定子三相电流就不平衡。不平衡得三相电流使电动机振动,同时发出不正常得声音。?电动机平均转矩显著下降，拖动负载时就显得无力。 三、电动机绕组短路故障现象与原因就是什么?
答:由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤、制造不良等造成绝缘损坏所至,分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路与绕组相间短路。 1、故障现象 离子得磁场分布不均,三相电流不平衡而使电动机运行时振动与噪声加剧，严重时电动机不能启动,而在短路线圈中产生很大得短路电流,导致线圈迅速发热而烧毁。 2、产生原因 电动机长期过载,使绝缘老化失去绝缘作用；嵌线时造成绝缘损坏;绕组受潮使绝缘电阻下降造成绝缘击穿；端部与层间绝缘材料没垫好或整形时损坏;端部连接线绝缘损坏;过电压或遭雷击使绝缘击穿；转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损坏;金属异物落入电动机内部与油污过多。 相间短路得电机短路点会瞬间烧断融化,导致电机无法工作。 匝间短路得电机会电流不正常,稍后冒烟甚至起火,烧毁至电机无法工作。维修时一眼就能鉴别出来。 *异步电机与同步电机区别： 异步电机又叫感应电机,转子上得电磁场就是通过定子磁场感应出来得。同步电机转子上要有自带得磁场。?异步电机得转速会随负载得不同，略有改变,而且这个转速就是低于定子磁场得转速得,所以才叫异步电机。同步电机转速严格得按定子磁场转速旋转，所以叫同步电机。?异步电动机可以直接启动。同步电动机要有专门得启动装置或者启动绕组,所以制造工艺复杂,造
永磁同步电机文献综述
永磁同步电机失磁故障诊断综述 1.引言 永磁同步电机由于其结构简单、运行可靠、损耗少、功率密度高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，应用范围极为广泛，遍及航空航天、国防、工农业和产和日常生活的各个领域。目前，永磁电机的应用领域仍在不断的拓展，风力发电、电动汽车等新能源领域也在大量使用永磁电机。因此，为了确保像电动汽车这样的应用系统以及其它对可靠性要求更高的应用领域的安全性，必须重视永磁同步电动机运行的可靠性和稳定性。 嵌入电机内的永磁体是永磁同步电机重要的结构部件，它的磁性能直接影响永磁同步电机的效率、性能和可靠性。在温度、电枢反应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，甚至有可能导致电机停转，对于像电动汽车这样的应用系统，永磁电机的突然失磁是非常危险的。因此，分析永磁同步电机的永磁体磁性能及失磁故障，对电机安全高效运行具有十分重要的意义[1][2]。 2.国内外研究现状 近年来，国内外对永磁材料的失磁机理和永磁同步电机的失磁故障进行了广泛的研究。文献[3]对稀土永磁材料的交流失磁现象进行研究，总结出稀土永磁材料表面磁感应强度在不同频率的交变磁场作用下随时间的变化规律。文献[4]针对稀土永磁同步电机在运行一段时间后性能下降这一现象，分析了引起电机失磁的原因，提出了在检修和运行中避免失磁的一些有效方法。文献[5]提出了一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。文献[6][7]中通过建立参数模型或有限元模型来研究电机的失磁故障，提出了一些对永磁同步电机失磁故障的监测方法。文献[10]对失磁故障原因进行了全面的分析，提出了离线和在线检测方法。基于永磁体磁场状况的动态监测，可防止永磁电机失磁状况的恶化，降低不可逆失磁程度。文献[13]提出一种改进的反电势法，可用于永磁体磁链估计。 3.永磁同步电机失磁的发生 任何磁性材料都存在材料自身的磁性能稳定问题。永磁材料也具有失磁特
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。建立良好永磁同步电机匝间短路故障处理模式，有效控制好系统基础上的仿真模型，针对电流发生的故障处理好数学模型，如果出现电机的绕组故障问题，快要针对坐标数学模型，做好建模仿真工作，实现对于电机常见故障仿真方法处理。 在永磁同步电机数学模型基础上，推动坐标系的匝间短路故障处理，建立良好电机互感和反向磁动势动态参数分析，建立良好故障电机仿真模型，附加合理电机模拟匝间短路故障严重程度分析，解决故障电流不平衡问题。在电机发生故障的时候，电气量的电流的电压都会发生一定变化，需要借助变换的信号及时处理好故障信息问题，常见的信号变换主要是对于电机状态的监测和故障诊断工作，比如小波?化、电机电流频谱分析和傅里叶的变换方法处理。要及时消除电机固有不对称供电影响问题，提出功率分解技术故障检测方法，有效消除故障产生的负序电流影响问题，及时检测电流线圈故障问题，准确获得电机参数，提高大幅度的故障诊断精度分析， 基于人工职能的诊断方法研究中，人工职能可以有效模拟人类分析处理问题的职能行为，需要提高数学模型分析和研究，保障永磁同步电机故障有效诊断研究，采用新的研究方法，提高故障诊断系统维护智能化，保障人工职能诊断方法处理合理性。处理中要及时有效将负荷波动产生的高频成分从负面电流中分离出来，调整好电流的负序阻抗作用，及时判断故障
永磁同步电机故障诊断分析英文材料
3676IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS,VOL.46,NO.9,SEPTEMBER 2010 Stator Slotting Effect on the Magnetic Field Distribution of Salient Pole Synchronous Permanent-Magnet Machines Gurakuq Dajaku 1and Dieter Gerling 2 FEAAM GmbH,D-85577Neubiberg,Germany Institute for Electrical Drives,University of Federal Defense Munich,D-85577Neubiberg,Germany This paper deals with a new analytical method for determining the air-gap ?ux density of salient pole synchronous permanent-magnet (PM)machines including the stator slotting effect.The approach to analyze the air-gap ?ux density based on the new model is to deter-mine the air-gap magnetomotive force (MMF)and the ?ux-path permeance function.We determine the ?ux-path permeance function,which includes the stator slotting effect,by using a simple magnetic reluctance network that takes into account the geometry of the machine and the material https://www.360docs.net/doc/8f16310358.html,ing the new model with stator slotting,we calculate the air-gap ?ux density distribution of different electric machines using ?nite-element methods to prove the accuracy of the new model. Index Terms—Air-gap ?ux density,analytical solution,?nite-element method (FEM),?ux-path permeance,permanent-magnet (PM)machine,stator slotting effect. I.I NTRODUCTION P ERMANENT-MAGNET synchronous machines (PMSMs)gain more and more importance for spe-cial drive applications.Up to recent years,PMSMs were known for small drives,e.g.,for servo applications.In the last years,PMSMs have been increasingly applied in several areas such as traction,automobiles,etc.This type of electrical machines offer many advantages,including a high power-to-weight ratio,constant power over a wide speed range,and high ef?ciency.Magnetic ?eld analysis in PM machines is an important pre-requisite for the prediction of machine parameters,electromag-netic torque,radial forces,and so on.In particular,accurate knowledge of the ?ux density distribution in the air-gap is es-sential for the accurate prediction of the motor performances.Magnet con?guration,magnetization direction,air-gap length,and the number of the pole and slot combination have signi?cant effects on the ?ux density distribution in the air-gap.Further,the presence of stator or rotor slots have a large in?uence on the air-gap magnetic ?eld distribution and therefore on the electro-magnetic torque.The consequences can be cogging torque and torque ripples causing vibration,noise,and speed ?uctuation.Therefore,the detailed knowledge of the ?eld distributions in the air-gap is of main importance for predicting and optimizing the performance of PM machines. Of course as well known,slotting in?uences the magnetic ?eld in two ways.First,it reduces the total ?ux per pole,an effect which is usually accounted by introducing the Carter co- ef?cient into the calculation.Second,it affects the distribu-tion of the ?ux density in the air-gap of the electric machines.Therefore,the slotting effect is important to be taken into ac-count during determination of the air-gap ?ux density. Manuscript received February 26,2010;revised April 09,2010;accepted April 15,2010.Date of publication May 03,2010;date of current version Au-gust 20,2010.Corresponding author:G.Dajaku (e-mail:Gurakuq.Dajaku@unibw.de). Color versions of one or more of the ?gures in this paper are available online at https://www.360docs.net/doc/8f16310358.html,. Digital Object Identi?er 10.1109/TMAG.2010.2049269 The air-gap magnetic ?eld with slotting effects can be eval-uated by a variety of techniques including analytical or semi-analytical methods as well as numerical techniques like ?nite elements or boundary integral methods.Finite elements give accurate results considering geometric details and nonlinearity of magnetic materials.However,this method is computer time consuming and poorly ?exible for the ?rst step of design stage of electrical machines.Analytical methods are useful tools for ?rst evaluation of electrical motors performances and for de-sign optimization since continuous derivatives issued from the analytical solution are of great importance in most optimization methods.A signi?cant number of publications on the analytical solution of the air-gap magnetic ?eld in slotted machines can be found in the literature,e.g.,[1]–[17]. Two analytical methods are mainly developed for modeling the stator slotting effect.The ?rst one concerns the use of con-formal mapping to consider slotting effects [1]–[7],and the ac-tual air-gap ?ux density is calculated by multiplying the rela-tive permeance function with the radial ?ux density of a slotless motor.This method has an important drawback since it is as-sumed that the slot width is much smaller than its height.Fur-thermore,even though this method gives information about the air-gap ?ux density ?uctuation due to stator slotting,it doesn’t take correctly into consideration the slotting effect.The reason is that the magnetic ?eld and the slotting effect are determined separately and for different conditions.The second method con-sists of analytical solution of Laplace or Poisson equations in the different sub-domains (magnet,air-gap and slots)by ap-plying the boundary conditions on the interface between sub-do-mains [8]–[13].However,these models are not able to pro-vide an accurate evaluation of air-gap ?ux density if the both stator and rotor slotting have to be considered.Also as will be shown later,the rotor saliency effect on the stator slotting isn’t considered in these works.On the other hand,different from [1]–[13],in [14]–[17]another modeling way for the stator slot-ting is used;the slotting effect is taken into consideration during derivation of the total permeance function for the magnetic ?ux path.However,even this modeling procedure describes accu-rately the air-gap permeance taking into account the stator and 0018-9464/$26.00?2010IEEE