永磁同步电机逆变器开路故障分析及诊断方法研究

作     者：王迎辉 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张荣标

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：永磁同步电机 逆变器 相电流分析 开路故障 故障诊断 

摘      要：伴随着地球资源的日益匮乏,新能源汽车产业迎来了发展的新蓝海。永磁同步电机(PMSM)凭借着运行时转矩波动小、振动噪音低等优点被广泛应用在新能源领域。由于车用PMSM运行时需要依靠功率管进行频繁通断,使得逆变器更易发生开路故障。当逆变器开路故障发生时会对PMSM的性能产生影响,缩短其使用寿命。因此无论是从经济效益方面还是社会发展方面来看,深入研究逆变器开路故障问题都具有重要的意义。本文以表贴式PMSM为研究对象,深入分析三相电压源型逆变器开路故障对于PMSM的影响。基于开路故障状态下相电流特征,提出新的故障诊断方法。同时,通过仿真分析和实验分析的方式,验证诊断方法的有效性。本文主要做了以下工作:(1)分析并总结国内外逆变器开路故障诊断方法的优缺点。阐述了PMSM数学模型以及矢量控制方法,从开路故障引起的原因和开路故障对PMSM造成的影响这两个角度分析了三相电压源型逆变器开路故障的危害性。一方面分析引起开路故障的原因;另一方面,借助矢量控制仿真模型着重从三相电流以及输出转矩的角度,研究开路故障对于PMSM的影响。(2)结合不同开路故障状态下相电流形态的仿真分析结果,并基于三相两电平电压源型逆变器的拓扑结构,用函数表达式近似表征单管故障时的三相电流波形,并仿真验证表达式的正确性。通过分析相电流表达式的函数特征提出一种新的故障诊断方法:将相电流上下半波区间长度比作为故障特征量,利用故障发生时任意两相电流的故障特征量组合成不同的故障定位变量,依据定位变量与故障功率管的对应关系进行故障诊断,并利用仿真模型初步证实诊断方法的正确性。(3)按照实验需求设计硬件电路并搭建实验平台。利用开路故障模拟模块在实验平台上模拟故障的发生,并通过改变预设故障位置以及改变电机转速的方式进一步验证故障诊断方法的有效性。实验结果表明:将相电流半波区间长度比作为故障特征量的诊断方法,对于不同的单管故障都能在实验平台中实现诊断功能,并且该诊断方法不易受敏感参数的干扰、诊断成本低、算法简单而且易于实现。