基于广义瞬时无功的五相永磁同步电机匝间短路故障检测

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本文以各相无电磁耦合弱热耦合五相永磁同步电机为研究对象,主要研究了电机的本体特征,线圈匝间短路故障发生后各相绕组的广义瞬时无功功率变化规律,提出了基于单相广义瞬时无功理论的五相永磁同步电机线圈匝间短路故障检测方法,主要进行了以下工作。首先,介绍了各相无电磁耦合弱热耦合五相永磁同步电机的结构特点,解释了该电机各相绕组之间无互感的机理,对该电机进行了有限元分析验证。由所推导出的与线圈短路线匝有关的电感参数表达式,建立了线圈匝间短路故障时的五相永磁同步电机模型。然后,在MATLAB/Simulink中建立了同时注入三次谐波电流的五相永磁同步电机空间矢量脉宽调制控制系统仿真模型,对五相永磁同步电机正常时以及一相绕组中发生线圈匝间短路故障时进行了仿真分析,观察了相电流、交轴电流和电磁转矩的变化情况。随后,提出了一种基于单相广义瞬时无功理论的线圈匝间短路故障检测方法。该方法利用希尔伯特(Hilbert)变换得到各相电流、电压的正交信号,再由每相绕组相互正交的电流和电压信号计算得到各相广义瞬时无功功率。经理论分析发现,发生线圈匝间短路故障的相绕组,其广义瞬时无功功率较其余健康相会有一定程度的减小,依据这一特征可以检测出电机是否发生了线圈匝间短路故障,并判断出该故障发生于哪一相绕组中。最后,分析电机稳态和暂态运行时线圈短路匝数、电机转速、短路处接触电阻以及负载大小对检测效果的影响。仿真和实验结果表明所提出的基于单相广义瞬时无功理论的五相永磁同步电机线圈匝间短路故障检测方法是可行的。
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