《永磁同步電機(jī)常見故障原因及分析》3400字（論文）

永磁同步電機(jī)常見故障原因及分析1.1永磁同步電機(jī)故障類別電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)的故障主要分為電機(jī)故障和電機(jī)控制器故障。電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為車輛提供動(dòng)力的關(guān)鍵部件。這是一種典型的機(jī)電混合動(dòng)力汽車。任何系統(tǒng)出現(xiàn)故障或系統(tǒng)之間配合不當(dāng)都會(huì)導(dǎo)致電機(jī)故障。因此，電機(jī)故障比其他設(shè)備的故障更復(fù)雜，電機(jī)故障診斷涉及的技術(shù)范圍更廣。此外，電機(jī)運(yùn)行還與它的負(fù)載條件和環(huán)境因素有關(guān)，電機(jī)在不同的運(yùn)行狀態(tài)下，故障狀態(tài)的表現(xiàn)是不同的，這進(jìn)一步增加了電機(jī)故障診斷的難度。一般來說，電機(jī)故障可分為過熱故障、機(jī)械故障、電氣故障。1.1.1電機(jī)故障過熱故障：當(dāng)電動(dòng)汽車頻繁的過載，長時(shí)間大轉(zhuǎn)矩輸出，會(huì)使得電機(jī)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(huì)導(dǎo)致定子繞組間或匝間的絕緣層損壞，發(fā)生轉(zhuǎn)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(huì)有未知的導(dǎo)體異物進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)生單相甚至多相接地故障，由于這些因素導(dǎo)致電機(jī)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(dǎo)致電流過大定子繞組的熱量上升，同時(shí)也包括機(jī)械上的原因產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致電機(jī)過熱，電機(jī)的散熱系統(tǒng)故障也是會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過熱。機(jī)械故障：電動(dòng)汽車中電機(jī)在開發(fā)設(shè)計(jì)的初期階段有可能存在著設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或選擇材料不合理，制造工藝未達(dá)標(biāo)等情況，也可能電動(dòng)汽車會(huì)行駛在超出預(yù)期的顛簸路段或處于一個(gè)高頻率震動(dòng)的工作環(huán)境中，使得電機(jī)的轉(zhuǎn)子偏離平衡狀態(tài)，軸承損壞彎曲，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜偏心等故障，這些故障都屬于機(jī)械類故障。而機(jī)械故障方面最為常見而且最主要的有定子鐵心損壞、轉(zhuǎn)子鐵心損壞、軸承損壞和轉(zhuǎn)軸損壞，其故障原因?yàn)橛烧駝?dòng)、潤滑不充分、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子繞組故障，故障原因包括電動(dòng)機(jī)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(cuò)誤、直流側(cè)電容短路、晶閘管短路、溫度超限報(bào)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(huì)直接導(dǎo)致電機(jī)發(fā)生過熱故障，但會(huì)影響ECU接收電機(jī)的工作信息，電機(jī)在沒有ECU的控制和調(diào)整情況下工作會(huì)發(fā)生過熱故障。1.1.2電機(jī)控制器故障電機(jī)控制器(MCU)由變頻器和控制器組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器采用三相兩電平電壓源逆變器。逆變器負(fù)責(zé)將動(dòng)力電池輸送的直流電能轉(zhuǎn)化為三相交流電能，為汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力;控制器接受驅(qū)動(dòng)程序。電機(jī)等部件將信號(hào)反饋到儀器上，當(dāng)制動(dòng)或加速發(fā)生時(shí)，它可以控制上升和下降的頻率，從而達(dá)到加速或減速的目的。電機(jī)控制器依靠內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)變壓器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器等提供電機(jī)的工作狀態(tài)信息，并將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息實(shí)時(shí)發(fā)送給VCU。驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)集成電路和主控制集成電路，對(duì)所有輸入信號(hào)進(jìn)行處理，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車輛控制器，并存儲(chǔ)故障代碼和數(shù)據(jù)。在電機(jī)控制器的工作環(huán)境中，由于散熱設(shè)計(jì)不合理或某些電力電子元件的設(shè)計(jì)分配存在問題，導(dǎo)致控制器部分溫度過高，工作效率降低。同時(shí)，設(shè)計(jì)階段的額定電流整定值不滿足實(shí)際要求，導(dǎo)致實(shí)際車輛工作狀態(tài)下的實(shí)際流動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定值，導(dǎo)致過流等故障。電機(jī)控制器一旦發(fā)生故障就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)無法轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)無法正常工作電動(dòng)汽車就失去了主要?jiǎng)恿υ础?.2電機(jī)故障分析1.2.1電機(jī)過熱故障現(xiàn)象與分析永磁同步電機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象：電動(dòng)汽車在正常的行駛中突然加速，發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)溫度異常的報(bào)警。根據(jù)以上所出現(xiàn)的現(xiàn)象可以斷定是電機(jī)過熱現(xiàn)象。引起電機(jī)過熱的原因較為復(fù)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(jī)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(duì)繞組、鐵心及機(jī)械方面過熱的原因，予以介紹。定子過熱是永磁同步電機(jī)的常見故障，其故障原因很多，一般可以簡單歸結(jié)為如下三點(diǎn)：過載、繞組匝數(shù)不對(duì)、通風(fēng)不良。定子繞組過熱原因：由于繞組本身有電阻存在，當(dāng)流通電流時(shí)就會(huì)發(fā)熱，而這種發(fā)熱與電流大小有關(guān)。正常情況下，只要電流不超過額定值，電動(dòng)機(jī)的繞組就不會(huì)過熱。然而若電流超過額定值就會(huì)過熱。這樣我們就會(huì)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(jī)本身及負(fù)載三方面進(jìn)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(yùn)行，使電流增加；(2)屬于電動(dòng)機(jī)本身的原因有：繞組斷相造成單相運(yùn)行；繞組發(fā)生匝間短路事故；線頭接錯(cuò)定；轉(zhuǎn)間碰擦掃腔；三相繞組星三角連接方式錯(cuò)誤等引起電流加大；(3)屬于負(fù)載方面的原因有:設(shè)備不配套，小馬拉大車，負(fù)荷加大，如脫粒機(jī)、粉碎機(jī)、輸送機(jī)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(jī)械本身發(fā)生故障使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低或摩擦力加大，或有卡滯現(xiàn)象等都會(huì)使電機(jī)電流變大。電動(dòng)機(jī)的鐵心是由相互帶絕緣的硅鋼片疊壓而成的。電機(jī)運(yùn)行時(shí)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(yīng)電流形成渦流而發(fā)熱。具體造成鐵心過熱的原因?yàn)?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?yàn)樗窃斐蓹C(jī)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(zhuǎn)動(dòng)軸校正不準(zhǔn)、軸承零件磨損、電機(jī)端蓋或軸承安裝不當(dāng)?shù)?。一般引起電?dòng)機(jī)過熱的原因，除上述三方面外還要注意電動(dòng)機(jī)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(fēng)不良，積塵太多堵塞電機(jī)風(fēng)扇、電機(jī)外殼散熱筋灰塵過多影響熱量散發(fā)風(fēng)扇葉片受損或安裝不對(duì)等減少了風(fēng)量。1.2.2電機(jī)無法轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)儀表報(bào)警燈常亮還聽見電機(jī)有沉悶的咔聲，此時(shí)電機(jī)已經(jīng)停止了工作。從故障現(xiàn)象和儀表報(bào)警燈上可以看出是電機(jī)無法轉(zhuǎn)動(dòng)故障。在正常情況下，電動(dòng)機(jī)應(yīng)維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，若轉(zhuǎn)速偏低,使得轉(zhuǎn)差增加，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流增加，定子電流也增加，將使電動(dòng)機(jī)明顯過熱。其次轉(zhuǎn)速偏低將直接影響到被拖動(dòng)的工作機(jī)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(duì)由于定子繞組匝間短路造成的電機(jī)不能啟動(dòng)或轉(zhuǎn)速低的現(xiàn)象進(jìn)行簡單的分析。定子繞組的相間短路，將使電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)能啟動(dòng)，但輸出功率下降了，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將因匝間短路的嚴(yán)重程度不同相應(yīng)降低。(1)絕緣受潮,對(duì)于那些長期備用的電動(dòng)機(jī)，以及那些長期工作在地下坑道、水泵房等潮濕場所的電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)使用時(shí)間較久或者長期過負(fù)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(dòng)機(jī)長期運(yùn)行時(shí)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(fù)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(yīng)該考慮屬于匝間短路、確定了匝間短路故障后，還應(yīng)找出匝間短路的部位。下面介紹兩種尋找故障點(diǎn)的方法。1、空試法。將電動(dòng)機(jī)在額定電壓下空轉(zhuǎn)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(gòu)成磁路，利用變壓器原理檢查繞組匝間短路故障，這時(shí)沿著每個(gè)槽逐槽移動(dòng)，當(dāng)它所移動(dòng)到的槽口內(nèi)有線圈短路時(shí)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