【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無刷直流電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、無刷直流電機(jī)摒除了電刷問題，具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、成本低、維護(hù)方便、速度調(diào)節(jié)范圍廣、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域。然而，無刷直流電機(jī)在長期工作時(shí)，惡劣運(yùn)行環(huán)境以及“電-磁-熱-力”頻繁沖擊都易使得電機(jī)發(fā)生各類故障，其中定子繞組匝間短路是電機(jī)的常見故障之一，故障占比約為30％。倘若在匝間短路故障的早期階段，未及時(shí)排除故障隱患，過大的短路電流將引起局部過熱進(jìn)而損壞繞組絕緣，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致電機(jī)燒毀，引發(fā)安全事故。因此，準(zhǔn)確識別無刷直流電流的匝間短路故障，進(jìn)而安排針對性維護(hù)有利于保障電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2、目前針對電機(jī)匝間短路故障的常見識別方法主要有三類：
3、1)基于解析模型的方法：構(gòu)建匝間短路故障下的電機(jī)等效模型，評估電機(jī)運(yùn)行中的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)故障預(yù)測與診斷。
4、2)基于信號分析的方法：通過分析電機(jī)匝間短路下的“電-磁-熱-力”等多維物理信號，建立特征信號與故障特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)故障預(yù)測與診斷。
5、3)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法：利用大量電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，借助機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等大數(shù)據(jù)方法，構(gòu)建和訓(xùn)練最優(yōu)決策模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)故障預(yù)測與診斷。
6、上述三類電機(jī)匝間短路故障的識別方法，各有各的優(yōu)缺點(diǎn)：
7、1)基于解析模型的方法高度依賴于所建電機(jī)模型的精確度，倘若能準(zhǔn)確獲取電機(jī)的各類關(guān)鍵參數(shù)，即可完成電機(jī)的精準(zhǔn)建模與故障診斷。
8、2)基于信號分析的方法通過傅里葉分析、小波變換、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解等信號分析算法，提取電壓、電流、振動等物理信號的時(shí)頻域故障特征，進(jìn)而利用時(shí)頻域故障特征去準(zhǔn)確識別故障狀態(tài)。但是，如何基于多維物理信號選取強(qiáng)關(guān)聯(lián)、高靈敏的特征信息是該類方法的關(guān)鍵所在，同時(shí)還需兼顧特征信息的獲取難度。
9、3)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法通過訓(xùn)練和學(xué)習(xí)差異化狀態(tài)下的電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立人工智能電機(jī)診斷模型，進(jìn)而完成電機(jī)故障診斷。該類方法具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和非線性學(xué)習(xí)能力，不依賴精確的電機(jī)建模與特征提取。但是，它高度依賴于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并且不同電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的差異性會影響該方法的通用性。
10、目前，這三類故障識別方法廣泛應(yīng)用于永磁同步電機(jī)或異步電機(jī)的匝間短路故障診斷中，而無刷直流電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式與永磁同步電機(jī)等均存在一定差距，常規(guī)故障識別方法難以直接挪用至無刷直流電機(jī)，且針對無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法的研究鮮見報(bào)道。因此，急需一種針對無刷直流電機(jī)的匝間短路故障識別方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供了一種無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法及系統(tǒng)，基于驅(qū)動電流峰值與匝間短路故障的映射關(guān)系，利用峰值檢測算法準(zhǔn)確提取無刷直流電機(jī)換相時(shí)的相電流峰值點(diǎn)，再橫縱向?qū)Ρ认嚯娏鏖g的各峰差值，進(jìn)而完成無刷直流電機(jī)的匝間短路檢測與故障相定位。
2、本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
3、第一方面，提供一種無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，包括以下步驟：
4、s1、利用峰值檢測算法獲取相電流的所有峰值點(diǎn)；
5、s2、依據(jù)相電流的換相規(guī)律，確定任意相電流的兩個(gè)換相時(shí)刻處的峰值點(diǎn)，并估算出任意相電流的換相峰差值；
6、s3、橫縱向?qū)Ρ雀飨嚯娏鏖g的換相峰差值，根據(jù)對比結(jié)果判斷無刷直流電機(jī)是否發(fā)生匝間短路故障。
7、在一些實(shí)施例中，所述步驟s1具體包括：
8、s11、依據(jù)無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與極對數(shù)，獲取電機(jī)驅(qū)動相電流的周期；
9、s12、利用電流傳感器獲取無刷直流電機(jī)的任意相的相電流離散采樣序列；
10、s13、利用任意相的相電流離散采樣值，獲取對應(yīng)相的峰值檢測矩陣；
11、s14、對峰值檢測矩陣按行求和，得到求和后矩陣；
12、s15、獲取求和后矩陣最小元素值的位置，得到新的峰值檢測矩陣；
13、s16、分別計(jì)算新峰值檢測矩陣的每一列元素的標(biāo)準(zhǔn)差值；
14、s17、找出所有標(biāo)準(zhǔn)差值所對應(yīng)相電流峰值點(diǎn)位置及其電流幅值，建立對應(yīng)相相電流的峰值點(diǎn)矩陣。
15、在一些實(shí)施例中，所述步驟s12具體包括：
16、采樣周期設(shè)定為t采樣頻率為fs，任意相的相電流離散采樣序列其中，t＝k·t0，所述k取2以上正整數(shù)，所述t0電機(jī)驅(qū)動相電流的周期，n＝t×fs。
17、在一些實(shí)施例中，所述步驟s13具體包括：
18、利用第i相的相電流離散采樣序列xi，獲取峰值檢測矩陣mi：
19、
20、其中矩陣元素的計(jì)算方式如下：
21、設(shè)定滑動窗最大長度l＝[n/2]-1，符號[n/2]表示不大于n/2的最小整數(shù)；
22、對于每個(gè)滑動窗wk(k＝1,2,…,l)，依次計(jì)算元素值：
23、當(dāng)j＝k+1,k+2,…,n-k時(shí)，
24、
25、當(dāng)j＝1,2,…,k或者j＝n-k+1,…,n時(shí)，
26、
27、上式中，系數(shù)r為[0,1]內(nèi)的均勻分布隨機(jī)數(shù)，系數(shù)α＝1。
28、優(yōu)選地，所述標(biāo)準(zhǔn)差值計(jì)算如下：
29、
30、其中，λi表示最小元素值的位置。
31、優(yōu)選地，所述對應(yīng)相相電流的峰值點(diǎn)矩陣如下：
32、
33、上式中，為i相電流峰值點(diǎn)在離散采樣序列xi中的位置，是與之對應(yīng)的峰值電流幅值，是i相電流峰值點(diǎn)的數(shù)量。
34、在一些實(shí)施例中，所述步驟s2具體包括：
35、依據(jù)任意相相電流的峰值點(diǎn)矩陣，找到滿足一定條件的兩個(gè)換相時(shí)刻的峰值點(diǎn)位置其電流幅值，并計(jì)算兩個(gè)換相時(shí)刻的峰值點(diǎn)電流幅值之差。
36、優(yōu)選地，兩個(gè)換相時(shí)刻的峰值點(diǎn)位置同時(shí)滿足：
37、具有最大元素值；
38、兩個(gè)換相時(shí)刻的峰值點(diǎn)電流幅值之差：
39、
40、其中，h1、
41、優(yōu)選地，所述步驟s3具體包括：
42、當(dāng)?shù)趂相電流(f∈{a,b,c})的換相時(shí)刻峰值電流幅值之差滿足下述兩條關(guān)系，則認(rèn)為f相發(fā)生了匝間短路故障：
43、③(i＝a,b,candi≠f)；
44、④(i＝a,b,candi≠f)；
45、上式中，系數(shù)lim取值范圍為0.1～0.5。
46、第二方面，提供一種無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別系統(tǒng)，包括：
47、峰值點(diǎn)計(jì)算模塊，用于利用峰值檢測算法獲取相電流的所有峰值點(diǎn)；
48、換相峰差值計(jì)算模塊，用于依據(jù)相電流的換相規(guī)律，確定任意相電流的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述步驟S12具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述步驟S13具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)差值計(jì)算如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述對應(yīng)相相電流的峰值點(diǎn)矩陣如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，兩個(gè)換相時(shí)刻的峰值點(diǎn)位置同時(shí)滿足：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括：
10.一種無刷直流電機(jī)匝間短路故障識
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述步驟s1具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述步驟s12具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述步驟s13具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無刷直流電機(jī)匝間短路故障識別方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)差值計(jì)算如下：
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周磊，孟令輝，陳威，袁鋮，鄧健輝，
申請(專利權(quán))人：四川航天烽火伺服控制技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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