2023年2月电工技术学报Vol.38No.4第38卷第4期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYFeb.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211762基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型高彩霞1苗壮1陈昊2司纪凯3吕珂4（1.河南理工大学电气工程与自动化学院焦作4540032.河南理工大学应急管理学院焦作4540033.郑州大学电气工程学院郑州4500014.海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033）摘要针对相绕组为基本单元的永磁同步电机定子绕组短路故障数学模型，存在故障空间位置影响无法计及、不同短路故障需要重新建模，且无法研究健康状态时线圈对电机性能的贡献等问题，该文提出一种基于线圈子单元的永磁同步电机健康与定子绕组短路故障数学模型（APM）。首先，将每个线圈分割为多个线圈子单元，分别建立各子单元的电压、阻抗和空载反电动势等物理量的矩阵方程，利用基尔霍夫电压定律建立所有子单元的电压方程，建立电机的电磁功率和转矩方程。其次，利用有限元法和拟合法建立考虑槽内空间位置关系的线匝电感矩阵，通过矩阵变换得到计及位置信息的子单元电感矩阵。然后，在Matlab/Simulink中建立APM的仿真模型和图形化界面，通过修改抽头编号及图形化界面中短路电阻模块的连接位置，计算电机健康和不同类型定子绕组短路故障下的电磁特性。最后，有限元仿真和实验结果验证了模型的正确性和准确性，表明APM不仅可以精细地分析健康状态时线圈对电机性能的贡献，也可以高效、准确地分析线圈内部不同位置短路故障对电机性能的影响。该文研究可以为永磁同步电机的设计、故障诊断和容错控制提供依据。关键词：永磁同步电机数学模型线圈子单元定子绕组短路故障矩阵方程中图分类号：TM3510引言近年来，永磁同步电机（PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM）因其高转矩/惯量比、高功率密度、高效率、响应快等优点，被广泛应用于电动汽车、轨道交通、航空航天等领域[1-3]。PMSM在长期运行过程中，受到热应力、电应力、机械应力等因素影响[4-5]，定子绕组容易因绝缘损坏而引发匝间短路故障（InterturnShort-circuitFault,ISF）[6-7]。如果早期ISF没有被及时监测到并采取相应措施，会迅速发展成多线圈短路故障、相间短路故障等更严重的故障，甚至可能引发灾难性事故[8-9]。定子绕组短路故障（WindingShort-circuitFault,WSF）的精准诊断是提高电机可靠性、安全性和经济性的重要手段。建立模型对电机故障前后的性能分析并遴选...
