《永磁同步電機常見故障原因及分析》3400字（論文）

永磁同步電機常見故障原因及分析1.1永磁同步電機故障類別電動汽車永磁同步電機的故障主要分為電機故障和電機控制器故障。電動機是將電能轉化為機械能，為車輛提供動力的關鍵部件。這是一種典型的機電混合動力汽車。任何系統(tǒng)出現(xiàn)故障或系統(tǒng)之間配合不當都會導致電機故障。因此，電機故障比其他設備的故障更復雜，電機故障診斷涉及的技術范圍更廣。此外，電機運行還與它的負載條件和環(huán)境因素有關，電機在不同的運行狀態(tài)下，故障狀態(tài)的表現(xiàn)是不同的，這進一步增加了電機故障診斷的難度。一般來說，電機故障可分為過熱故障、機械故障、電氣故障。1.1.1電機故障過熱故障：當電動汽車頻繁的過載，長時間大轉矩輸出，會使得電機的溫度迅速上升從而使得溫度過高長期發(fā)生此類現(xiàn)象會導致定子繞組間或匝間的絕緣層損壞，發(fā)生轉子磁力消失故障和相間匝間短路等故障。并且還由于在惡劣的工作環(huán)境下，可能會有未知的導體異物進入電機內(nèi)部，導致電機發(fā)生單相甚至多相接地故障，由于這些因素導致電機的電源電壓與繞組電壓不穩(wěn)定，過熱故障就是電源電壓不穩(wěn)定導致電流過大定子繞組的熱量上升，同時也包括機械上的原因產(chǎn)生的熱量導致電機過熱，電機的散熱系統(tǒng)故障也是會導致電機過熱。機械故障：電動汽車中電機在開發(fā)設計的初期階段有可能存在著設計結構或選擇材料不合理，制造工藝未達標等情況，也可能電動汽車會行駛在超出預期的顛簸路段或處于一個高頻率震動的工作環(huán)境中，使得電機的轉子偏離平衡狀態(tài)，軸承損壞彎曲，從而導致轉子發(fā)生動靜偏心等故障，這些故障都屬于機械類故障。而機械故障方面最為常見而且最主要的有定子鐵心損壞、轉子鐵心損壞、軸承損壞和轉軸損壞，其故障原因為由振動、潤滑不充分、轉速過高、靜載過大、過熱而引起的磨損、壓痕、腐蝕、電蝕和開裂等；電氣方面的故障則主要是定子繞組故障與轉子繞組故障，故障原因包括電動機繞組接地、短路、斷路、接觸不良等。電氣故障：電氣故障主要包括以下幾類:IGBT故障、輸入電源線和接地線故障、整流二極管短路、直流母線接地錯誤、直流側電容短路、晶閘管短路、溫度超限報警、相電流過流、過電壓以及欠電壓等高壓電氣系統(tǒng)故障。這些故障不會直接導致電機發(fā)生過熱故障，但會影響ECU接收電機的工作信息，電機在沒有ECU的控制和調(diào)整情況下工作會發(fā)生過熱故障。1.1.2電機控制器故障電機控制器(MCU)由變頻器和控制器組成。驅(qū)動電機控制器采用三相兩電平電壓源逆變器。逆變器負責將動力電池輸送的直流電能轉化為三相交流電能，為汽車驅(qū)動電機提供動力;控制器接受驅(qū)動程序。電機等部件將信號反饋到儀器上，當制動或加速發(fā)生時，它可以控制上升和下降的頻率，從而達到加速或減速的目的。電機控制器依靠內(nèi)置的旋轉變壓器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器等提供電機的工作狀態(tài)信息，并將驅(qū)動電機的運行狀態(tài)信息實時發(fā)送給VCU。驅(qū)動電機系統(tǒng)的控制中心，又稱智能功率模塊，以絕緣柵雙極晶體管模塊(IGBT)為核心，輔以驅(qū)動集成電路和主控制集成電路，對所有輸入信號進行處理，將驅(qū)動電機控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息通過網(wǎng)絡發(fā)送給車輛控制器，并存儲故障代碼和數(shù)據(jù)。在電機控制器的工作環(huán)境中，由于散熱設計不合理或某些電力電子元件的設計分配存在問題，導致控制器部分溫度過高，工作效率降低。同時，設計階段的額定電流整定值不滿足實際要求，導致實際車輛工作狀態(tài)下的實際流動電流遠遠大于額定值，導致過流等故障。電機控制器一旦發(fā)生故障就會導致電機無法轉動，電機無法正常工作電動汽車就失去了主要動力源。1.2電機故障分析1.2.1電機過熱故障現(xiàn)象與分析永磁同步電機發(fā)熱現(xiàn)象：電動汽車在正常的行駛中突然加速，發(fā)動機艙蓋的兩邊縫隙，有少許白煙冒出，接著在儀表顯示燈看到電機溫度異常的報警。根據(jù)以上所出現(xiàn)的現(xiàn)象可以斷定是電機過熱現(xiàn)象。引起電機過熱的原因較為復雜。而發(fā)熱的部位又不是單一的，其中包括：（1）定子繞組、（2）鐵心、（3）機械摩擦等。而每一部分過熱的原因又是多方面的，下面分別針對繞組、鐵心及機械方面過熱的原因，予以介紹。定子過熱是永磁同步電機的常見故障，其故障原因很多，一般可以簡單歸結為如下三點：過載、繞組匝數(shù)不對、通風不良。定子繞組過熱原因：由于繞組本身有電阻存在，當流通電流時就會發(fā)熱，而這種發(fā)熱與電流大小有關。正常情況下，只要電流不超過額定值，電動機的繞組就不會過熱。然而若電流超過額定值就會過熱。這樣我們就會知道:凡是引起電流增加的原因也都是造成繞組過熱的原因。引起繞組過熱的原因，可從電源、電機本身及負載三方面進行分析。(1)屬于電源方面的原因有:電源電壓過高或過低(常見過低)，熔絲熔斷或刀閘接觸不良等造成單相運行，使電流增加；(2)屬于電動機本身的原因有：繞組斷相造成單相運行；繞組發(fā)生匝間短路事故；線頭接錯定；轉間碰擦掃腔；三相繞組星三角連接方式錯誤等引起電流加大；(3)屬于負載方面的原因有:設備不配套，小馬拉大車，負荷加大，如脫粒機、粉碎機、輸送機等加工物品的喂人量過大；又如離心泵的水位升高流量加大等；再有機械本身發(fā)生故障使電動機的轉速降低或摩擦力加大，或有卡滯現(xiàn)象等都會使電機電流變大。電動機的鐵心是由相互帶絕緣的硅鋼片疊壓而成的。電機運行時產(chǎn)生交變磁通在鐵心中引起損耗而發(fā)熱。另外它也產(chǎn)生電磁感應電流形成渦流而發(fā)熱。具體造成鐵心過熱的原因為:電源電壓過高磁通加大；硅鋼片間絕緣受損形成匝間短路；繞組發(fā)生故障引起的過熱;由于掃膛摩擦引起的過熱等。主要是指軸承過熱，因為它是造成機械摩擦的主要原因。軸承中的熱量是由于滾珠與內(nèi)外套環(huán)之間的摩擦引起的。引起過熱的原因有:缺油、加油過量、油變質(zhì)、有雜質(zhì)、軸彎、轉動軸校正不準、軸承零件磨損、電機端蓋或軸承安裝不當?shù)?。一般引起電動機過熱的原因，除上述三方面外還要注意電動機的工作環(huán)境，散熱條件的好壞。如工作環(huán)境的溫度過高，通風不良，積塵太多堵塞電機風扇、電機外殼散熱筋灰塵過多影響熱量散發(fā)風扇葉片受損或安裝不對等減少了風量。1.2.2電機無法轉動故障現(xiàn)象及分析汽車在行駛過程中速度逐漸降低至車輛完全停下，同時儀表報警燈常亮還聽見電機有沉悶的咔聲，此時電機已經(jīng)停止了工作。從故障現(xiàn)象和儀表報警燈上可以看出是電機無法轉動故障。在正常情況下，電動機應維持額定轉速運行，若轉速偏低,使得轉差增加，轉子中感應電流增加，定子電流也增加，將使電動機明顯過熱。其次轉速偏低將直接影響到被拖動的工作機械的正常使用，工作效率低，產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至不能使用。下面對由于定子繞組匝間短路造成的電機不能啟動或轉速低的現(xiàn)象進行簡單的分析。定子繞組的相間短路，將使電動機不能工作。但多數(shù)情況是：繞組中有一部分線匝短路(成為匝間短路)，短路線匝不能工作。雖然電動機能啟動，但輸出功率下降了，電動機的轉速將因匝間短路的嚴重程度不同相應降低。(1)絕緣受潮,對于那些長期備用的電動機，以及那些長期工作在地下坑道、水泵房等潮濕場所的電動機，容易受潮,使層間絕緣性能降低造成匝間短路。(2)絕緣老化，電動機使用時間較久或者長期過負荷，在熱及電場的作用下,使絕緣逐漸老化，如分層、枯焦、龜裂、酥脆等都屬于老化現(xiàn)象。這種劣化的絕緣材料的很低的過電壓下就容易被擊穿。(3)電動機長期運行時聚集灰塵過多，加上潮氣的侵入，引起表面爬電而造成匝間短路?？梢詮臏y量三相空負荷電流的平衡程度及直流電阻的大小來判斷。電流偏大、直流電阻偏低的相，就應該考慮屬于匝間短路、確定了匝間短路故障后，還應找出匝間短路的部位。下面介紹兩種尋找故障點的方法。1、空試法。將電動機在額定電壓下空轉1分鐘左右，迅速打開端蓋，用手摸繞組端部，溫度比其他部位高的則為短路線匝。2、短路偵察器法。短路偵察器法是利用II型或H型的開口鐵心(鐵心繞有線圈)，將短路偵察器的開口鐵心邊放在被測定子鐵心的槽口上，通入交流電源。使偵察器鐵心與被測定子鐵心構成磁路，利用變壓器原理檢查繞組匝間短路故障，這時沿著每個槽逐槽移動，當它所移動到的槽口內(nèi)有線圈短路時電流表的讀數(shù)明顯增大。如果不用電流表，也可用一根鋸條或0.5m