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1、匿熊丁监太学蕊士学位论文第一索绪论 。 零l 富第一章绪论并关磁辍窀裁鞭韵( S w i t c h e dR e l u 感鳓e e 黻i v e r ) 黎筑愚2 0 整纪8 。年霞迅猛发展越来的一种新型调速电机驱动系统。它将歼关磁阻电动机( s R M ) 与现代奄力电子技术、控制技术融为傣，蓑寮菇步鬯秘褪交獭璃逮蒸绫窝壹流堍裁撬调逮系统的优点。窿结构极其简单凝固，谰速范围宽，调遴谯缝优冥，褥基在整个调邃藩隧瘸帮舆簿较麓豹散率，系统萄鑫牲离。因诧絮在交流调速领域发展麟为迅速，B 成为当代暇气传动的热门课题之一。1 。1 。1 弊美磁阻电动羊凡的基本结梅特点与胤理简遴秀荚磁瓣电动机驱动系统
2、( S R D ) 莛典梨豹桃电一体化装髯，宦主要出野关磁隧毫瓿( S 麟 、珐涔魄爨、控涮奄黯襄鞣貔电路瓣蘸分缎戏。系绕主体开燕磁隰电动机( S R M ) 采用双凸极结构，菇定、转予的函极均幽静通穰钢片叠援简成。转予上既没有绕缎，墩没蠢永磁体，定予上兔集巾绕组。径鹈楣慰盼两个绕躯枣联褥或一个两撮搬掇，称势“一檑”。每糨豹通凝捺据转予豹不搿挝置毒功霉交欹嚣喀I 的主开燕管控制。S R M 可以设计暾多静幂同樽数结擒，盛怒、转子豹搬数有多种带同的搭配。对于窝囱起动、四壤限遥舒要求的场合应优选四相8 6 檄结构和三鞭6 4 掇结构。零诡文磷究对象海一台其有特定缝构参数豹强相8 6 援缭构S R
3、D襄绫，箕魄魂襁续鹣獗毽瓒如强j i 所豕，为嬲糟起见，灵蕊出一相绕组及其供电电路。图卜l 四相s 刚绩梅魇理嘲( 圈巾只画出一相)结戆主与步避魄貔辘鞠叛嚣S 黼远抒原理遵镶“磁阻激枣添理”，攀磁通总要沿潜磁阻最小的路程闭台，两具有一定形状的铣心在移动划最小磁阻位臀时，必堕苎兰三些查兰堡圭兰些堡壅苎二童堕堡使自己的主轴线与磁场的轴线重合。图1 1 中，当定子D - - D 极励磁时，所产生的磁力则力图使转予旋转到转子极轴线1 1 与定子极轴线D D 重合的位置，并使D 相励磁绕组的电感最大。若以图中定、转子所处的相对位置作为起始位置，则依次给D _ A _ B o c 相绕组通电，转子即会逆着
4、励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，若依次给B _ A o D 斗c 相通电，电动机即会沿顺时针方向转动。可见，S 跳的转向与相绕组的电流方向无关，而仅取决于相绕组通电的顺序。为使S 脯旋转及转速可调，需要一个控制装置按一定控制方式和时序让电机绕组通以一定电流。综合电动机转子位置、转速、电流及外部指令等信息，通过信息处理，向驱动器发出一系列执行指令，调节电动机绕组励磁电流的大小、波形和交变频率，满足S 剐的起动、制动和运行等最佳要求。我国于1 9 8 4 年开始进行S R D 研究、开发工作。1 9 9 3 年1 月，在中国电工技术学会中小型电机专委会领导下正式成立了开关磁阻电机学组。“中国交
5、流电机传动学术年会”自1 9 9 3 年开始将S R D 列为年会主题之一。近年来国内有关S R D 的研究专著相继出版，如南京航空航天大学刘迪吉教授的开关磁阻调速电机、华中理工大学詹琼华教授的开关磁阻电动机等。进入9 0 年代以后，对S R D 接受和感兴趣的程度呈逐年直线上升趋势，形成理论研究与实际应用并重的发展态势。S R D 系统具有一些很有特色的优点：电机结构简单、坚固、带4 造工艺简单，成本低，系统控制灵活，调速性能好，运行效率高，转矩惯量比高，动态性能好，可实现各种特殊要求的转矩转速特性，调速范围宽，高速运行区域宽，在较广的转速和功率范围内具有较高的效率。能四象限运行，具有较强的
6、再生制动能力，因此可广泛应用于恶劣环境和要求超高速( 转速为每分钟上万转) 的场合。S R M 电枢绕组间既无机械迭压，又无电气耦合，因此消除了常规交、直流电机的电枢绕组相互迭压产生的电气故障；定子线圈嵌放容易，端部尺寸短而牢固；工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境，即使一相绕组发生短路、断路故障，也并不影响其它相绕组正常工作，因此具有独特的电气容错能力；损耗主要产生在定子，电机易于冷却；转子无永磁体高温退磁现象，可允许有较高的温度；转矩方向与电流方向无关，因而可简化功率变换器，降低系统成本。对于S R D 系统，只要控制各相在不同电感区域内的瞬时电流，即可方便地实现四象限运行。其功
7、率变换器是单极性的，相绕组与主开关串联，从结构上来说，功率变换器不会出现“S h o o tT h r o u g h ”赢通短路故障，排除了普通交流电机系统及无刷直流电机逆变器短路故障的可能，可靠性高。系统起动转矩大，低速性能好，无感应电动机在起动时所出现的冲击电流现象。为增强开关磁阻电动机驱动系统的容错能力，各相是独立控制、独立驱动的，电机的每相一般要引出二个端子，使电机引线较多，电流比较与P W M 环节也是各相独立进行，因此开关磁阻电动机可以缺相运行。这些优点使得s R 电机系统在家西垃工业天学硬盘攀位论文第一颦绪论用电器、通用工业、舰空工业、伺瑕与调逮系统、牵引电机、离转速电机等方面
8、褥封广泛豹成孀。I 。1 。2 开荚磁瞻电动机驱动系统故障谘蔚必要性嚣关磁戳嘏祝诫逮系统囊开关磁隧电瓿，转子位鼹传感鬃，功率变换器和控制器构成。在一些特定静情况下，电税茸蘸会发生敖障。铡鲡，系统在灰尘环境或者腐蚀性环境以及超熊梅下工作，可能引起定子绕缀绝缘翮老化教障，从焉造藏囊遂以及定予绕缀隧澜短路簸障。芳美磁瓣毫筏翁簸簿太髂露凳必嚣类，裘蔗电机本体故障；由于篡结构特点，转子一般不会发生故障，敝障般发生穰建予上，恻魏激予的嬲繁中绕缀短路，一棚绕组开路，绕缀趱阍缀黯，相阐短路等。另一类戆渤率变换器故障：功率变换爨的主开关管和续漉二极链由于离滠、避电流、过嗽聪等会选成开关簧帮绫滚二援镣静攮环，簸露
9、教爱好兼管芽鼹藕整流电源电压降低等。另外述有转子位鼹传感器敝障等。嚣薤，轰满足嚣关磁黻奄辊在靛赛、菜燃、电幼攀、通用工娥等咒其怒舨空工蝗方蠹豹纛耀，鼹开关磁辍电槛遴行故障谚新授客镄控制蒇墓褥十分必要。努荚磁凝魄撬驱动系统载簿诊戮援拳霾于诿各攘障诊瓣鼓拳范酶。凌螯教漳诊断技术是7 0 年代必起的一门新技术，随计算机技沭、现代测试技术和信号处理按拳黪逡逵发袋，竣餐黢障诊断技术凝褥了稷大躯遴藤，窀随盔设备带载运纷、不停橇豹情况下，通避傻蠲斑避的拽术手段，对设餐状态参数进行簸涎窝分粝。黻确滗畚瑗黔检修聪润和方案，达舞躐痧事蔽停祝攮失、提嘉浚备逡褥懿胃纛性、降低壤修费黼匪静。由予设备故障诊断技术涉及劐雾
10、门学科交叉，它与其他许多薪鲢攀瓣紧密摆关，懋葵怒天王智能接术。天王智髓蒋称A I ) 蹩一门新兴鹩边缘学科，蔗发展最为迅邃、最为活跃和最富有成果的分支，是具有犬量专门知识毒经黢豹程序累统，在邋4 0 笨的发嶷巾，已经瑕褥了缀大豹成勰。熊巾人工耩经灏终薄跨薮技零在酸辕渗鳜领域孛褥剿瘦臻，夫犬艚推动了智黻俄诊断技术的发震。溪是羚许多研究王终诞蜜，勰攥鼗敞豫诊簸中熬废薅是哥抒的鞍裔翦途的。神经网络技术以其强大韵并行分布式处理、自组缆、自学习能力和a # 线性映射能力，在模式谈别、僖号处理、缀台优化、隧苏识男等众多颁域显示了广阚的应簿煎最。1 。2 课蘧研究及鹰用现状概述目蘸，粹缀网络簿技术在开关磁黼
11、憩杌驱动系统故障诊断中豹皮用研究还处于搽黉瓣段，疆努静舞美磁麓电辍驱淤系缓数障渗觜繇究秘翦蔓要憩安稳故障安验以及仿真试验研究 1 2 3 ，故障种类阱腿各种敞障原理分析和简单的容糌控3西北工业太学硕士学位论文第一章绪论制，以及应用人工智能技术( 如人工神经网络等) 建立故障模型 4 5 等，研究还不是很深入。因此，在开关磁阻电机的故障诊断方面还有很多工作要做。在本课题的研究中，将结合开关磁阻电机自身的特点，采取在故障诊断领域具有广泛发展与应用前途的神经网络方法，将其应用于开关磁阻电机的故障诊断中，在前人的基础上做出进一步的成绩。本文对S R D 系统故障进行诊断研究，在理论上和实用上都具有很重
12、要的实际意义。1 3 课题主要研究内容常用的开关磁阻电机有三相( 6 4 ) 结构、三相( 1 2 8 ) 结构和四相( 8 6 )结构等，相数和极数不同，电机性能也不尽相同。本论文以四相( 8 6 ) 结构的开关磁阻电机系统为研究对象，针对特定结构参数的一台电机进行故障诊断研究。由于开关磁阻电机的故障种类较多，在较短时间内不可能兼顾到所有故障，因此论文将以两种定予绕组的常见故障进行研究。这两种故障分别是：定予一相绕组开路故障、定予一相绕组短路故障。并在最后对同样常见的另一种定子绕组故障绕组匝间短路故障作了初步分析研究和探讨。开关磁阻电机调速系统的可靠稳定工作，尤其在航空工业领域作为飞机发动机
13、用起动发电机的应用时其稳定可靠工作是非常重要的。因此故障诊断方法的快速性、准确性和可靠性是检验故障诊断方法的重要指标。由于电机系统准确的数学模型还不是很成熟，因此开关磁阻电机的故障诊断不采用依赖于解析模型的故障诊断方法。但如若采用基于信号处理的故障诊断方法，则因基于信号处理的故障诊断技术虽不依赖于系统的数学模型，但却又完全避开了系统的数学模型，因此可采用基于知识的故障诊断技术。它既不依赖于系统的精确数学模型，又可以引入诊断对象的许多信息，所以是一种很有前途的方法，尤其是在非线性系统领域。本文拟采用基于人工神经网络的故障诊断方法，主要研究探讨人工神经网络技术在开关磁阻电机驱动系统故障诊断中的应用
14、。具体研究内容如下：( 1 )根据开关磁阻电机基本运行原理及其结构特性，建立开关磁阻电机的线性模型和非线性模型，并将其作为下一步进行故障诊断的参考模型。( 2 )深入分析和了解开关磁阻电机调速系统几种常用的控制方法以及各种故障发生的原因和机理，并对各种故障进行分析，并采集两种故障及正常工况的典型故障样本数据。( 3 )深入了解现代电机故障诊断方法，并结合开关磁阻电机系统的自身特点，以姒T L A B 仿真软件为工具，将现代故障诊断技术人工神经网络应用于开关磁阻电机的故障诊断。( 4 )对开关磁阻电机的另一种常见故障定子绕组匝问短路故障进行初步两裁王盐夫擎黼士学证蛇烹第一章绪瓷甜析研究和探讨。5
15、第二章开关磁阻电机系统故障分析及其故障诊断综述2 1 设备故障诊断技术概述随着现代科学技术水平的日益提高，尤其是计算机和控制科学的飞速发展，使得系统的规模和复杂程度迅速增加，设备的安全性和可靠性问题起来越突出。安全保障已经成为系统运行的个重要组成部分，系统中出现的某些微小故障若不能及时检测并排除，就有可能造成整个系统的失效、瘫痪，甚至导致巨大的灾难性后果。因此，人们总是期望建立一个监测、预警容错和维修机制，伴随系统运行的全寿命周期，防止和杜绝影响系统正常运行的各种类型故障的发生和发展。故障诊断是根据状态监测所得的信息，结合已知的结构特性和参数以及环境条件，结合该设备的历史记录，对设备可能要发生
16、或已经发生的故障进行预报和分析、判断，确定故障的性质和类别、程度、原因、部位；指出故障发生和发展的趋势及其后果，提出控制故障继续发展和消除故障的调整维修治理的对策措旌，并加以实施，最终使设备恢复到正常状态。任何故障诊断方法的直接目的都是为了提高故障的检测率，降低误报率及漏报率，推断出故障发生的准确时间，发生故障的部位并估计出大小。由于实际系统的复杂性，导致了辨识故障发生时间以及分离出故障部位非常困难，因此，故障分离问题仍是当前的前沿课题。国内外大量的文献资料表明，在实际需求的牵引下，故障诊断技术的应用领域越来越广泛，已经从传统的机械系统和电子系统，渗透到机电一体化系统、工业自动化系统、计算机系统，以及各种广泛意义上的动态系统，包括目标识别系统、组合导航系统等。随着物理学、数学等基础科学的不断进步，以及控制理论、信息科学等应用科学的不断发展，为故障诊断提供了多种技术手段，成为故障诊断技术发展的推动力量。因此，系统故障诊断技术越来越呈现更宽广、更深入和更有效的发展态势。
