基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型

作     者：高彩霞 苗壮 陈昊 司纪凯 吕珂 Gao Caixia;Miao Zhuang;Chen Hao;Si Jikai;LüKe

作者机构：河南理工大学电气工程与自动化学院焦作454003 河南理工大学应急管理学院焦作454003 郑州大学电气工程学院郑州450001 海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033 

基　　金：国家自然科学基金项目(52177039) 河南省科技攻关项目(222102220017) 河南理工大学博士基金项目(B2021-22.B2018-48)资助 

出 版 物：《电工技术学报》 (Transactions of China Electrotechnical Society)

年 卷 期：2023年第38卷第4期

页      码：957-969页

摘      要：针对相绕组为基本单元的永磁同步电机定子绕组短路故障数学模型,存在故障空间位置影响无法计及、不同短路故障需要重新建模,且无法研究健康状态时线圈对电机性能的贡献等问题,该文提出一种基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型(APM)。首先,将每个线圈分割为多个线圈子单元,分别建立各子单元的电压、阻抗和空载反电动势等物理量的矩阵方程,利用基尔霍夫电压定律建立所有子单元的电压方程,建立电机的电磁功率和转矩方程。其次,利用有限元法和拟合法建立考虑槽内空间位置关系的线匝电感矩阵,通过矩阵变换得到计及位置信息的子单元电感矩阵。然后,在Matlab/Simulink中建立APM的仿真模型和图形化界面,通过修改抽头编号及图形化界面中短路电阻模块的连接位置,计算电机健康和不同类型定子绕组短路故障下的电磁特性。最后,有限元仿真和实验结果验证了模型的正确性和准确性,表明APM不仅可以精细地分析健康状态时线圈对电机性能的贡献,也可以高效、准确地分析线圈内部不同位置短路故障对电机性能的影响。该文研究可以为永磁同步电机的设计、故障诊断和容错控制提供依据。

主 题 词：永磁同步电机 数学模型 线圈子单元 定子绕组短路故障 矩阵方程 

学科分类：080801[080801] 0808[工学-自动化类] 08[工学] 0701[理学-数学类] 0812[工学-测绘类] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211762

馆 藏 号：203118548...