双余度永磁无刷直流电机绕组故障诊断研究-论文.pdf

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1、2014年2月西北工业大学学报Feb．2014第32卷第1期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVol_32No．1双余度永磁无刷直流电机绕组故障诊断研究付朝阳，刘景林，张晓旭(西北工业大学自动化学院，陕西西安710072)摘要：双余度永磁无刷直流电机具有可靠性高、体积小、重量轻等优点，但绕组之间的耦合性对故障诊断提出了更高要求。针对双余度永磁无刷直流电机常见的绕组故障，包括绕组开路和绕组短路，选择相电流作为故障分析信号，通过拆分定子槽，改变控制电路的方

2、式，建立了电机的绕组故障有限元仿真模型。根据故障信号和小波函数的特点，分别采用Daubechies3和coif5小波函数对故障信号进行特征提取。结果表明：在小波分解高频部分的第2层，信号有明显突变，并由此确定coif5小波函数进行故障特征检测。采用c0if5小波函数对相电流d分解系数进行了能量特征提取，得到了各相短路时的故障特征向量。建立了基于PNN神经网络的故障诊断模型，对故障样本进行了诊断，诊断结果准确率l00％，验证了所用方法的有效可行。关键词：无刷直流电机；电枢绕组；故障分析；特征提取中图分类号：

3、TM301．2文献标志码：A文章编号：1000—2758(2014)01．0093．05在航空航天等高精密控制系统中，广泛采用余接驱动作动器(DDA)用电气／机械混合四余度无度控制技术。控制系统中实现余度控制一种方案是刷直流力矩电动机(BLDCTM)性能的影响，分析了1台电机及其控制系统作为1个通道，采用多台电短路故障对电机电气参数造成的影响，系统的仿真机及其控制系统并联运行，这种方案的缺点是体积结果表明某一相绕组出现匝间短路或某余度的两相大、重量重、成本高。另一种方案是将余度技术引入绕组出现相间短路时，

4、系统依然可以正常运行，大大到电机上，电机定子中设置多套绕组，共用1套转子提高了系统的可靠性。系统，每套绕组分别与控制系统构成独立的通道。在上述文献中，大多针对双余度永磁无刷直流该方案的特点是：体积小、重量轻、成本低。电机的设计及其控制方法进行了研究，针对故障诊目前，国内科研机构已对余度电机做了一些初断方面的研究较少。由于绕组中设置了2套绕组，步研究。文献[1]研究了双余度无刷直流电机的极大大提高了系统的可靠性，但是作为一个多源故障弧系数对其转矩波动的影响，通过采用电磁场有限系统，双余度永磁无刷直流电机由于

5、绕组问的耦合元分析的方法，计算了极弧系数对电气双余度波形作用，存在一个故障对应多个故障特征和多个故障和定位转矩的影响，给出了电气双余度极弧系数选特征对应相似故障特征的情况，并且由于早期绕组取的参考方法。文献[2]采用场路结合的方法设计故障信号微弱而难以被发现，给电机故障诊断带来了一种用于直接驱动作动器(DDA)的电气／机械混了较大困难。合式四余度无刷直流力矩电动机，该电机具有同轴的2段定、转子，每段定子中隔槽嵌放2套绕组，从故障信号和小波函数的选择而构成电气／机械混合四余度，通过实验验证了该方案的可行性。

6、文献[3]对双余度无刷电机的数学模双余度永磁无刷直流电机采用了2套电枢绕型进行了推导，设计了相关原理样机，验证了双余度组，在电机运行时，2套绕组会通过电感互相耦合，设计的可行性。文献[4]研究了绕组短路故障对直收稿日期：2013—04-28基金项目：陕西省自然科~(2013JQ7035)与航空科~(2013ZC53045)资助作者简介：付朝阳(1981一)，西北工业大学讲师、博士，主要从事永磁电机设计与控制及智能控制理论与应用的研究。·94·西北工业大学学报第32卷而当电机发生故障时，电机的转速、转矩和电

7、流等都解，信号被分解到一系列频带上，且各频带互不相会发生变化，电机转矩方程如下所示：交。在确定的小波母函数和采样频率下，每个频带T=C，(1)范围由尺度决定。电机发生故障时，每相电流波形设电枢电流的脉动频率为．，可知电机转速为包含不同的谐波成分，在不同的频带上谐波能量增n=60f／P(2)强或抑制。因为不同类型的故障电流波形信号经小由上述2个公式可以看到，电机的转矩、转速均波分解后在各频带上的投影是不同的，所以故障信与电流相关。因此当电机发生故障时，电机的电枢号在各频带投影序列的能量是故障类型的表现形电流

8、信号会有比较明显的变化，主要表现在以下几式，因此可以把正交小波分解后每相电流空间信号个参数中：稳态电枢电流均值、稳态电枢电流的脉动能量作为特征向量，进行频带能量分析。幅度、稳态电流的脉动频率等。根据以上方法，对电机进行了动态仿真，在250信号的多分辨分析是信号的正交小波分解，其ms时，破坏控制电路为1相断路，选择Daubechies3基本算法是Mallat提出的基于时间和尺度的二进分和coifs分别对电流信号进行了2层小波分解