《永磁同步电机常见故障原因及分析》3400字（论文）

永磁同步电机常见故障原因及分析1.1永磁同步电机故障类别电动汽车永磁同步电机的故障主要分为电机故障和电机控制器故障。电动机是将电能转化为机械能，为车辆提供动力的关键部件。这是一种典型的机电混合动力汽车。任何系统出现故障或系统之间配合不当都会导致电机故障。因此，电机故障比其他设备的故障更复杂，电机故障诊断涉及的技术范围更广。此外，电机运行还与它的负载条件和环境因素有关，电机在不同的运行状态下，故障状态的表现是不同的，这进一步增加了电机故障诊断的难度。一般来说，电机故障可分为过热故障、机械故障、电气故障。1.1.1电机故障过热故障：当电动汽车频繁的过载，长时间大转矩输出，会使得电机的温度迅速上升从而使得温度过高长期发生此类现象会导致定子绕组间或匝间的绝缘层损坏，发生转子磁力消失故障和相间匝间短路等故障。并且还由于在恶劣的工作环境下，可能会有未知的导体异物进入电机内部，导致电机发生单相甚至多相接地故障，由于这些因素导致电机的电源电压与绕组电压不稳定，过热故障就是电源电压不稳定导致电流过大定子绕组的热量上升，同时也包括机械上的原因产生的热量导致电机过热，电机的散热系统故障也是会导致电机过热。机械故障：电动汽车中电机在开发设计的初期阶段有可能存在着设计结构或选择材料不合理，制造工艺未达标等情况，也可能电动汽车会行驶在超出预期的颠簸路段或处于一个高频率震动的工作环境中，使得电机的转子偏离平衡状态，轴承损坏弯曲，从而导致转子发生动静偏心等故障，这些故障都属于机械类故障。而机械故障方面最为常见而且最主要的有定子铁心损坏、转子铁心损坏、轴承损坏和转轴损坏，其故障原因为由振动、润滑不充分、转速过高、静载过大、过热而引起的磨损、压痕、腐蚀、电蚀和开裂等；电气方面的故障则主要是定子绕组故障与转子绕组故障，故障原因包括电动机绕组接地、短路、断路、接触不良等。电气故障：电气故障主要包括以下几类:IGBT故障、输入电源线和接地线故障、整流二极管短路、直流母线接地错误、直流侧电容短路、晶闸管短路、温度超限报警、相电流过流、过电压以及欠电压等高压电气系统故障。这些故障不会直接导致电机发生过热故障，但会影响ECU接收电机的工作信息，电机在没有ECU的控制和调整情况下工作会发生过热故障。1.1.2电机控制器故障电机控制器(MCU)由变频器和控制器组成。驱动电机控制器采用三相两电平电压源逆变器。逆变器负责将动力电池输送的直流电能转化为三相交流电能，为汽车驱动电机提供动力;控制器接受驱动程序。电机等部件将信号反馈到仪器上，当制动或加速发生时，它可以控制上升和下降的频率，从而达到加速或减速的目的。电机控制器依靠内置的旋转变压器、温度传感器、电流传感器、电压传感器等提供电机的工作状态信息，并将驱动电机的运行状态信息实时发送给VCU。驱动电机系统的控制中心，又称智能功率模块，以绝缘栅双极晶体管模块(IGBT)为核心，辅以驱动集成电路和主控制集成电路，对所有输入信号进行处理，将驱动电机控制系统的运行状态信息通过网络发送给车辆控制器，并存储故障代码和数据。在电机控制器的工作环境中，由于散热设计不合理或某些电力电子元件的设计分配存在问题，导致控制器部分温度过高，工作效率降低。同时，设计阶段的额定电流整定值不满足实际要求，导致实际车辆工作状态下的实际流动电流远远大于额定值，导致过流等故障。电机控制器一旦发生故障就会导致电机无法转动，电机无法正常工作电动汽车就失去了主要动力源。1.2电机故障分析1.2.1电机过热故障现象与分析永磁同步电机发热现象：电动汽车在正常的行驶中突然加速，发动机舱盖的两边缝隙，有少许白烟冒出，接着在仪表显示灯看到电机温度异常的报警。根据以上所出现的现象可以断定是电机过热现象。引起电机过热的原因较为复杂。而发热的部位又不是单一的，其中包括：（1）定子绕组、（2）铁心、（3）机械摩擦等。而每一部分过热的原因又是多方面的，下面分别针对绕组、铁心及机械方面过热的原因，予以介绍。定子过热是永磁同步电机的常见故障，其故障原因很多，一般可以简单归结为如下三点：过载、绕组匝数不对、通风不良。定子绕组过热原因：由于绕组本身有电阻存在，当流通电流时就会发热，而这种发热与电流大小有关。正常情况下，只要电流不超过额定值，电动机的绕组就不会过热。然而若电流超过额定值就会过热。这样我们就会知道:凡是引起电流增加的原因也都是造成绕组过热的原因。引起绕组过热的原因，可从电源、电机本身及负载三方面进行分析。(1)属于电源方面的原因有:电源电压过高或过低(常见过低)，熔丝熔断或刀闸接触不良等造成单相运行，使电流增加；(2)属于电动机本身的原因有：绕组断相造成单相运行；绕组发生匝间短路事故；线头接错定；转间碰擦扫腔；三相绕组星三角连接方式错误等引起电流加大；(3)属于负载方面的原因有:设备不配套，小马拉大车，负荷加大，如脱粒机、粉碎机、输送机等加工物品的喂人量过大；又如离心泵的水位升高流量加大等；再有机械本身发生故障使电动机的转速降低或摩擦力加大，或有卡滞现象等都会使电机电流变大。电动机的铁心是由相互带绝缘的硅钢片叠压而成的。电机运行时产生交变磁通在铁心中引起损耗而发热。另外它也产生电磁感应电流形成涡流而发热。具体造成铁心过热的原因为:电源电压过高磁通加大；硅钢片间绝缘受损形成匝间短路；绕组发生故障引起的过热;由于扫膛摩擦引起的过热等。主要是指轴承过热，因为它是造成机械摩擦的主要原因。轴承中的热量是由于滚珠与内外套环之间的摩擦引起的。引起过热的原因有:缺油、加油过量、油变质、有杂质、轴弯、转动轴校正不准、轴承零件磨损、电机端盖或轴承安装不当等。一般引起电动机过热的原因，除上述三方面外还要注意电动机的工作环境，散热条件的好坏。如工作环境的温度过高，通风不良，积尘太多堵塞电机风扇、电机外壳散热筋灰尘过多影响热量散发风扇叶片受损或安装不对等减少了风量。1.2.2电机无法转动故障现象及分析汽车在行驶过程中速度逐渐降低至车辆完全停下，同时仪表报警灯常亮还听见电机有沉闷的咔声，此时电机已经停止了工作。从故障现象和仪表报警灯上可以看出是电机无法转动故障。在正常情况下，电动机应维持额定转速运行，若转速偏低,使得转差增加，转子中感应电流增加，定子电流也增加，将使电动机明显过热。其次转速偏低将直接影响到被拖动的工作机械的正常使用，工作效率低，产品质量下降，甚至不能使用。下面对由于定子绕组匝间短路造成的电机不能启动或转速低的现象进行简单的分析。定子绕组的相间短路，将使电动机不能工作。但多数情况是：绕组中有一部分线匝短路(成为匝间短路)，短路线匝不能工作。虽然电动机能启动，但输出功率下降了，电动机的转速将因匝间短路的严重程度不同相应降低。(1)绝缘受潮,对于那些长期备用的电动机，以及那些长期工作在地下坑道、水泵房等潮湿场所的电动机，容易受潮,使层间绝缘性能降低造成匝间短路。(2)绝缘老化，电动机使用时间较久或者长期过负荷，在热及电场的作用下,使绝缘逐渐老化，如分层、枯焦、龟裂、酥脆等都属于老化现象。这种劣化的绝缘材料的很低的过电压下就容易被击穿。(3)电动机长期运行时聚集灰尘过多，加上潮气的侵入，引起表面爬电而造成匝间短路。可以从测量三相空负荷电流的平衡程度及直流电阻的大小来判断。电流偏大、直流电阻偏低的相，就应该考虑属于匝间短路、确定了匝间短路故障后，还应找出匝间短路的部位。下面介绍两种寻找故障点的方法。1、空试法。将电动机在额定电压下空转1分钟左右，迅速打开端盖，用手摸绕组端部，温度比其他部位高的则为短路线匝。2、短路侦察器法。短路侦察器法是利用II型或H型的开口铁心(铁心绕有线圈)，将短路侦察器的开口铁心边放在被测定子铁心的槽口上，通入交流电源。使侦察器铁心与被测定子铁心构成磁路，利用变压器原理检查绕组匝间短路故障，这时沿着每个槽逐槽移动，当它所移动到的槽口内有线圈短路时电流表的读数明显增大。如果不用电流表，也可用一根锯条或0.5m