PDF《无刷直流电动机转子退磁故障的检测方法》

第16 卷第2期2012 年2月电机与控制学报ELECTRIC MACHINES AND CONTROL Vol.

16 No.

2 Feb.

2012 无刷直流电动机转子退磁故障的检测方法 赵向阳, 葛文韬 ( 北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院,北京 100191) 摘要: 为了研究无刷直流电动机的转子退故障, 基于 Ansoft/Maxwell 软件平台, 设置转子退磁故 障, 建立求解电机反电动势的有限元模型;

基于 Ansoft/Simplorer 软件平台, 建立无刷直流电动机系 统的仿真模型.在电机稳态运行下, 对定子电流进行傅里叶分析, 研究并建立基于定子电流监测转 子退磁故障的仿真模型: 退磁故障与特征频率的关系、 退磁故障程度与特征频率幅值的关系.进一 步, 采用基于转矩常数估计的方法对无刷直流电机的转子退磁故障进行监测.仿真结果表明, 在转 速波动较小时采用定子电流分析法的效果更好, 在转速波动较大时, 采用转矩常数估计法可以在线 监测无刷直流电动机转子的退磁故障. 关键词: 无刷直流电动机;

退磁故障;

定子电流;

有限元;

转矩常数 中图分类号: TM

307 文献标志码: A 文章编号: 1007- 449X( 2012) 02- 0050-

06 Detection of rotor demagnetization fault on brushless DC motor ZHAO Xiang- yang, GE Wen- tao ( School of Automation Science and Electrical Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China) Abstract: In order to study the demagnetization fault on brushless DC motor,the electro - motive - force ( EMF) is resolved and the demagnetization fault is implemented based on the finite element method ( FEA) with Ansoft/Maxwell. The system of brushless DC motor ( BLDC) was simulated with Ansoft/ Simplorer software according to the mathematical model. In steady state,the fast Fourier transform ( FFT) analysis was used on the stator current. The simulated model of detecting demagnetization based on the stator current signature analysis stator current signature analysis method was investigated and im- plemented: the frequency used to indentify demagnetization fault,and the amplitude of frequency to esti- mate the demagnetization severity. In addition,the estimation of torque constant was used to detect the demagnetization fault. The results indicate that the stator current signature analysis can be used to detect the demagnetization fault when the speed pulsation is low and the estimation of torque constant method can be used to detect the demagnetization fault when the speed pulsation is high. Key words: brushless DC motor;

demagnetization fault;

stator current;

finite element method;

torque con- stant 收稿日期:

2010 -

10 -

13 基金项目: 航空科学基金( 20080751024) 作者简介: 赵向阳( 1967―) , 男, 博士, 副教授, 研究方向为电机测试及故障诊断技术、 光伏发电技术;

葛文韬( 1983―) , 男, 硕士研究生, 研究方向为电机与电器. 通讯作者: 赵向阳

0 引言随着稀土永磁材料、 电力电子、 新型控制理论及 电机理论的进步, 无刷直流电机的技术发展十分迅 速, 由于无刷直流电动机采用高磁能积稀土永磁材 料, 具有结构简单、 运行可靠、 体积小、 质量轻、 损耗 小、 效率高、 运行特性优良等优点, 广泛用于数控机 床、 伺服系统、 机器人以及航空航天、 航海等领域. 特别是在一些军工领域, 电机的电磁负荷较高, 去磁 磁场大, 电机内温度较高, 且运行环境恶劣.一旦电 机发生故障, 将会对系统造成较大的影响, 故有必要 对电机的健康状态进行在线监测, 以便早期发现故 障, 及时处理, 并采取措施进一步提高电机的可 靠性. 本文主要针对退磁故障进行研究.转子退磁故 障主要是由于腐蚀、 磁缺损、 裂纹、 过载或者绕组短 路等原因产生的高温, 造成永磁体的部分或整体磁 性能下降.对于此类故障如果不加以监测, 会产生 较为严重的后果.如钕铁硼永磁体生产时可能会有 一些细微的裂纹, 在电机的高速运行过程中, 这些裂 纹就会分解, 从而产生碎片, 进入到电机的气隙中, 进而使摩擦增加, 定子绝缘损坏, 最终导致电机的损 坏.特别是当电机内的温度超过居里温度时, 将造 成不可逆退磁 [1 -