永磁同步电机的高阻连接故障分析及诊断方法研究

作     者：李浩华 

作者单位：安徽大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹文平;张品佳

授予年度：2023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 巨磁阻传感器 漏磁信号 三相电流信号 高阻连接故障 GoogLeNet网络 

摘      要：因功率密度大、结构精简等特点,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)被广泛应用于新能源汽车、高铁等现代工业中。PMSM运行过程中一旦发生故障将直接影响系统的正常运行,造成严重的经济损失,甚至会烧毁电机造成火灾,因此对PMSM进行故障诊断尤为重要。 高电阻连接(High Resistance Connection,简称HRC)是一种典型的PMSM渐进式定子绕组故障,多发生在电机外部与驱动器的连接处。由材料疲劳或控制回路接触不良引起;而目前PMSM的HRC故障诊断方法中大部分以单一信号进行故障识别,但是由于PMSM的运行环境相对复杂多样,对电机进行信号采集工作时极易受外界因素的影响,这会使得用于判别HRC故障的特征变化不够显著,难以识别故障。若对HRC故障进行诊断时,只凭借电机的某一信号并不能够对故障做出精准的判断。因此本文以一台8极18槽的PMSM作为故障诊断的对象,提出利用电机运行过程中的三相电流信号及漏磁信号的多源信号融合的HRC故障诊断方法。 本文的主要工作介绍如下:其一,首先介绍HRC故障发生的机理,并从理论分析出发,介绍了PMSM的HRC故障下的电流信号及漏磁信号的变化机理,并且利用Maxwell软件对电机的健康状态及10种HRC故障状态进行三相电流及漏磁信号的仿真分析,通过仿真验证本文所提方法的可行性;其二,针对HRC故障诊断的需求分析,进行整体方案设想与构建,最终以三相PMSM为核心,并利用交直流电流钳、巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)传感器、NI采集卡及驱动电路模块构建出完整的HRC故障诊断实验平台;其三,通过数据采集模块得到三相电流信号及漏磁信号,并对信号进行时域、频域及时频域分析,找到信号中包含的特征信息,作为HRC故障诊断的判断依据。对三相电流信号,通过时域幅值最大值与绝对平均值区分HRC故障的严重程度,然后采用小波包变换,提取信号的时频图颜色特征及纹理特征,实现HRC故障的定位分析;针对漏磁信号,在PMSM的外壳处构建了GMR传感器采集矩阵,对不同处的漏磁信号进行频域分析,进而判断HRC故障的发生,并利用递归算法结合GoogLeNet模型对漏磁信号进行HRC故障定位分析及定量评估。 仿真与实验所得结果印证了:本文提出的基于三相电流信号及漏磁信号的多源信号融合诊断方案能够有效的识别HRC故障,并且定位及定量分析HRC故障的结果准确度高,相比单一信号进行HRC故障诊断,可靠性强;对于PMSM的HRC故障具有实际应用价值。