基于信号注入的永磁同步电机定子绕阻不对称故障诊断

摘要

永磁同步电机与传统异步、同步电机相比，其具有功耗低、效率高、结构简单等优点，因此永磁同步电机在交通、机器人等领域得到广泛的应用。随着永磁同步电机的广泛应用，尤其处在长时间运行的永磁同步电机更易发生故障。散热不良、定子绕组老化、工作环境潮湿、高温等因素都可能使永磁同步电机发生定子绕组不对称故障，若不能及时检测出这种故障，很容易诱发其他类型的电机故障，甚至会破坏电机。因此，研究永磁同步电机的定子绕组不对称故障诊断就显得越来越重要。
　　永磁同步电机常见的控制技术有矢量控制技术和直接转矩控制技术。在永磁同步电机的调速系统中电磁转矩是很重要的物理量，矢量控制是控制定子绕组电流间接地控制电磁转矩，而直接转矩控制是直接以电磁转矩为控制目标，从而对永磁同步电机的运行动态性能具有更好的效果。
　　基于以上背景，本论文开展了在直接转矩控制系统下，研究永磁同步电机的定子绕组不对称故障诊断技术。本论文主要包括以下几部分:
　　(1)介绍永磁同步电机的结构、工作原理及数学模型。
　　(2)介绍永磁同步电机直接转矩控制原理，搭建直接转矩控制系统仿真。
　　(3)分析永磁同步电机的定子绕组不对称故障的原因及其危害。
　　(4)研究基于信号注入的永磁同步电机定子绕组不对称故障诊断技术。
　　(5)研究永磁同步电机定子绕组不对称故障诊断技术仿真验证。
　　(6)搭建基于STM32单片机的永磁同步电机直接转矩控制系统实验平台。最后完成永磁同步电机定子绕组不对称故障诊断技术实验验证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 永磁同步电机的结构和数学模型

2．1 引言

2．2 PMSM结构与工作原理

2．2．1 PMSM结构

2．2．2 PMSM工作原理

2．3 PMSM数学模型

2．3．1 坐标变换

2．3．2 各种坐标系下的数学模型

2．4 本章小结

第三章 永磁同步电机的直接转矩控制

3．1 引言

3．2 PMSM直接转矩控制原理

3．3 永磁同步电机的直接转矩控制系统

3．3．1 三相电压型逆变器的工作原理

3．3．2 磁链估计

3．3．3 转矩估计

3．3．4 磁链与转矩滞环控制

3．3．5 空间矢量开关表选择

3．4 PMSM直接转矩控制系统仿真

3．4．1 MATLAB／Simulink简介

3．4．2 永磁同步电机直接转矩控制系统仿真

3．4．3 仿真结果

3．5 本章小结

第四章 定子绕阻不对称故障诊断研究

4．1 引言

4．2 定子绕阻不对称故障的原因

4．3 永磁同步电机在故障情况下的数学模型

4．4 零序电压

4．5 注入磁链信号对定子电流的影响

4．6 注入磁链信号对定子磁链的影响

4．7 基于信号注入的定子绕阻不对称故障诊断

4．8 定子绕阻不对称故障诊断仿真

4．8．1 定子绕阻不对称故障诊断仿真模型

4．8．2 定子绕组不对称故障对电机的影响

4．8．3 定子绕组不对称故障诊断仿真验证

4．8．4 定子绕组不对称故障诊断误差统计

4．9 本章小结

第五章 PMSM驱动系统的软硬件设计

5．1 引言

5．2 硬件设计

5．2．1 电源

5．2．2 测量仪器

5．2．3 三相电压型逆变器及驱动器

5．2．4 采样电路

5．2．5 位置信号调理电路

5．2．6 PWM波驱动电路

5．3 软件设计

5．3．1 程序流程图

5．3．2 电机位置检测

5．3．3 转速的测量

5．3．4 数字PI调节器

5．3．5 磁链估计的数字化

5．4 实验

5．4．1 永磁同步电机直接转矩控制实验结果

5．4．2 永磁同步电机定子绕组不对称故障诊断实验结果

5．4．3 永磁同步电机定子绕组不对称故障诊断误差

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 课题展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术成果