LabVIEW开发同步磁阻电机匝间短路故障在线诊断技术

近年来，电动驾驶系统取得了实质性的改进，不仅在工业自动化和机器人技术中实施，而且在运输和风力发电中实施。自动化系统和其他执行器的典型要求包括：小尺寸、低重量、低成本、高效率以及最低的维护和维修成本。由于电力电子学的突出发展，采用同步磁阻电机变得可行。同步磁阻电机独特的转子架构有助于降低购置成本，同时提高可靠性和效率。

研究的重点是在一系列工业应用中利用同步磁阻电机的优势，包括机器人、电动汽车、高速机器应用和泵。低功率因数、声学噪声和大转矩脉动是与同步磁阻技术相关的问题，需要适当的管理。另一方面，各行各业对同步磁阻电机的需求不断增长，增加了意外系统故障的可能性。同步磁阻故障可能导致工厂故障、经济损失甚至伤害。因此，对复杂的控制架构和操作条件不敏感的同步磁阻驱动器的高级故障诊断是必要的，以避免此类结果。

据行业调查，定子绕组缺陷约占机电能量转换器件所有可能故障的25%。短路匝产生的巨大环流有可能严重降低电机的运行性能。ITSCF会对电机驱动产生一系列负面副作用。ITSCF最严重的后果之一是温度迅速上升，促进绝缘击穿。鉴于ITSCF可扩展性的巨大潜力，这台机器可能会在几秒钟内被完全摧毁。为了预防此类结果，开发快速可靠的诊断方法至关重要。

任何用于诊断ITSCF的在线监测系统都必须具有很高的灵敏度，因为必须在开发的早期阶段发现故障。此外，建议使用非侵入性测量方法，以避免干扰所调查机器的连续运行或性能。此外，每种诊断方法的复杂性及其在线应用的可行性可能被认为是确定哪种方法理想的关键标准。

提出了一种在线诊断同步磁阻驱动器中ITSCF的新方法。所提出的方法结合了简单性和稳健性，即使在最具挑战性的条件下也能实现有效的诊断，例如负载变化和高级控制。基频幅度及其相应的相位角是使用三相定子电压测量，通过短时间最小二乘Prony（STLSP）技术确定的。同时，Fortescue变换用于确定相关的电压对称分量。然后计算和监控建议的指示器，称为零电压因数。借助LabVIEW软件，所有这些阶段都是实时执行，从而可以在线监测受控同步磁阻系统的ZVF。

在LabVIEW程序的实现中采用了MATLAB脚本节点。其余的过程，如滤波、下采样和偏移消除，均使用LabVIEW完成。NI USB-6366系列数据采集卡用于采集和采样同步磁阻电压和电流信号，采样率为20kHz。这些过程无限期地重复，允许有效地在线筛选和跟踪ZVF随时间的变化，以及其他相关的电机参数，如电压、电流、阻抗和电压对称分量。

实时系统，用于有效诊断ITSCF。建议的技术采用STLSP方法来计算和跟踪名为ZVF的适当指标，即使在受控的同步磁阻电机驱动器中，也可以快速可靠地识别早期ITSCF。仅依靠相位到中性线电压测量即可成功实现这些目标。建议指标的行为已在实验环境中进行了测试。完成在线ZVF计算并执行其连续评估的能力已成功得到证明。研究结果支持了所提方法的可靠性、准确性和适应性，表明所提出的指标是检测ITSCF的非常可靠的指标。毫无疑问，所获得的结果验证了所提策略的可靠性、准确性和适应性，证明了ZVF可以归类为ITSCF检测的可靠指标。

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