永磁直线同步电机失步故障谐波诊断技术研究

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1、总第147期doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2011．11．025永磁直线同步电机失步故障的谐波诊断技术研究王鹏(潞安集团基建管理中心，山西长治046204)摘要：永磁直线同步电机(PMLSM)在力能指标、速度、定位精度、效率等方面具有显著的优势，因此广泛用于电子生产设备和精密数控机床等高精密直驱系统。PMLSM受到来自电网、负载及电机本身的各种扰动导致失步故障的发生。本文提出分析失步故障的电流等参量的谐波的方法研究PMLSM失步机理、特征等特性。对获取的PMLSM的三相离

2、散电流信号分别进行快速傅里叶变换(FFT)分析，比较PMLSM失步状态下与正常运行电流的幅频特性，建立PMLSM失步故障的准确预测准则。为预防PMLSM失步提供实施保护策略的理论根据。关键词：永磁直线同步电机(PMLSM)；失步故障；快速傅里叶变换(FFT)；幅频特性中图分类号：TM351文献标识码：B文章编号：1005-2798(2011)11-0066-03随着人们对永磁材料的深入研究，以及科学技度突降、母线电压的大幅度降低、电动机负载的突然术的进步，出现了许多性能各异的永磁材料。这些增加等扰动

3、超过电机稳定极限时，就会造成电机的材料尤其是稀土永磁材料应用到PMLSM失步，造成电机设备不同程度的损坏。PMLSM保持(PMLSM)，大大的提高了PMLSM的性能，集永磁电正常同步运行的一个必要条件和显著标志是：它的机及直线电机的优异性能于一体。一方面，作为永转速必须与电网严格对应，电动机的转子和转子磁磁电机，具有结构简单，运行可靠；体积小，重量轻；场必须与定子旋转磁场严格同步J。这种严格的损耗小、效率高；电机的形状和尺寸灵活多样等诸多对应和同步关系是以转轴上的转矩平衡为基础的。优点。另一方面，作

4、为直线电机，具有“直接驱动”但来自电网、负载以及电机本身的各种扰动不断地的性能¨．2J。正因如此，永磁PMLSM满足了制造业破坏着电机轴上的转矩平衡关系。尽管电机按其本向着高速化、高精密化、微型化的发展需求，在高效、身的特性，具有一定的调节能力，以功角6的相应变高精密的电子工业专用装备与高速高精密机械制造化自动地调节电磁转矩的大小，以抵消各种扰动所装备中得到了广泛的研究及开发应用。引起的不平衡，使转轴上的转矩关系处于动平衡之在PMLSM使用过程中由于来自电网、负载及中。但电机的这种自动调节能力是有限

5、度的，当扰PMLSM本身等的各种扰动不断的破坏，会导致动大到一定程度或超过一定时限，就会导致电机失PMLSM发生所谓的失步现象。PMLSM失步不仅对步。因此，所谓失步是这样一种情况，转子转速不再工作系统会产生严重的影响，同时对PMLSM本身和定子旋转磁场的同步转速保持一致，6角在0～也会产生严重损害。PMLSM的性能直接影响着数360。范围内变化。控系统的性能，PMLSM的失步会直接影响数控系统PMLSM失步运行时，在定子回路中会出现幅值的稳定性和控制精度，导致机床的加工精度下降。较大的振荡电流，该

6、电流可产生扭转转矩，周期性作另外，电源中断又重新恢复瞬问，PMLSM受到巨大用于转子，使轴扭伤，缩短PMLSM的使用寿命。同的冲击电流而失步将引起初级和次级绕组崩断、绝时在转子回路中也会感应出较高的交流电势，而且缘损伤，还可能进一步扩大成为电机内部短路的严随着电机的额定电压其额定容量的增大而不断提重事故J。因此失步预测直接关系到PMLSM能否高，使得PMLSM转子回路过电压问题显得更加突稳定运行及工作的正常进行。出。其后果是轻则造成生产中断或工艺混乱，重则造成设备损坏和其他严重事故。因此，通过研究1

7、PMLSM失步机理及危害分析PMLSM失步起因、失步过程中电机转速、电流、初级由于PMLSM在正常运行过程中，不可避免地次级磁场等各参数的变化，研究PMLSM各种失步会遇到各种各样的外界故障，例如供电电源的大幅的原因及其预测保护方案J。图1为两条功角曲收稿日期：2011-08-05作者简介：王鹏(1982一)，男，甘肃山丹人，助理工程师，从事工程管理工作。66王鹏：永磁直线同步电机失步故障的谐波诊断技术研究第2O卷第11期线，分别对应于不同的电网电压幅值。假设电机开图2与图3比较可以清晰的看到，当P

8、MLSM进始运行于曲线1上的A点，负载转矩与电机的入异步运行时，电流的明显变化。在周期基本不变电磁转矩M平衡，电机稳定运行。当电网电压有所的情况下，电流在很短时间内急遽增大，最大值甚至降低时，电机的功角特性由曲线1改为曲线2运行。达到正常时的2倍还要多。接下来对两信号曲线进此时，由于转速不能突变，功角在最初瞬间仍为行快速傅里叶变换。经过FFT的变换如图4和图5，运行点由点降为A点。这样Mc>M，转子开始所示，我们看到两信号曲线频域的幅值的区别主要减速，6开始增大，当达