基于变分模态分解的永磁同步电机故障诊断研究

摘要

永磁同步电机(PMSM)凭借其结构简单、体积小、功耗低、效率和功率密度高、鲁棒性强等优点在工业、交通等领域运用的十分普及。但长时间运行的永磁同步电机很容易发生故障，尤其是高温高湿、定子绕组老化等因素都会使永磁同步电机发生故障，其中定子绕组匝间短路故障是定子绕组故障中最常见的一种。若电机发生定子绕组匝间短路故障初期未能被及时检测出来，则很容易引发更严重的故障，甚至会造成重大经济损失。因此，对于电机故障诊断技术的研究变得极其重要。电机故障诊断的一般步骤为采集电机运行的数据，处理采集的信号并提取故障特征，最后根据处理结果完成电机的故障诊断。 具体而言，本文以永磁同步电机矢量控制系统为基础，研究永磁同步电机定子绕组匝间短路故障诊断方法。主要内容可分为以下几个部分: 1)研究永磁同步电机的基本结构、工作原理及数学模型。 2)详细分析永磁同步电机驱动系统的控制策略，在构建控制框图的基础上，搭建矢量控制系统的仿真模型，并进行了相应的仿真和分析。 3)研究永磁同步电机的定子绕组匝间短路故障产生的原因及危害，搭建永磁同步电机定子绕组匝间短路故障仿真模型，并进行了相应的仿真和分析。 4)深入研究变分模态分解(VMD)算法，针对变分模态分解的不足，采用粒子群算法优化变分模态分解的参数，基于参数优化变分模态分解算法实现永磁同步电机定子绕组匝间短路故障的诊断。 5)依据上述内容，搭建基于dSPACE的永磁同步电机驱动系统实验平台，并完成相应外围控制电路的设计。根据实验结果，完成定子绕组匝间短路故障诊断技术的实验验证。