Page 207 - 电气自动化控制技术研究

第七章 现代电机控制技术研究

第四节 电机控制问题及故障管理探析

一、汽车电机故障诊断

（一）汽车电机故障特征
电机的作用是让电能与机械能实现相互转换，其相关因素众多，例如机械系统、电气

系统、绝缘系统、通风散热系统、磁路系统等。任何一个或多个组成部分运行不畅或配合、
协调出现异常，都会导致电机发生问题。故此，电机的故障要比其他零部件故障更复杂，
其故障诊断也会设计到更多的技术范围，对专业工程师的要求也就更高。总体来讲，与之

相关的知识范畴主要有电机、电磁理论、磁场测量、信号处理、计算机技术、热力学、绝
缘技术、AI 等。而且电机故障的繁琐性还表现在故障特征量不明确、故障起因与故障征
兆之间的多样性。一种故障可能表现出多种前期反应，而有时不同故障也会反映出同一个

故障现象，很多情况下很难立即确定其真正的故障原因。另外，电机的运行情况还与其负
载、环境等因素相关联，电机在各种不同的条件下工作，表现出的故障现象也不同，因此，

电机故障诊断难度进一步提升，所以要求工程师在对电机进行故障诊断前必须先掌握足够
的知识。例如电机的结构和工作原理、电磁关系以及运行状况分析的方法，即掌握电机各
种故障现象与故障起因间的规律。

（二）汽车电机故障诊断的目的
电机驱动系统易受逆变器故障的干扰，在交流电机驱动系统中，逆变器短路故障将会

使电机产生有规律波动，使车辆突然变化。通过试验可以看出：逆变器出现问题，永磁感
应电机将产生较大的馈电扭矩，且永磁电机也有存在潜在的高消磁电流问题。同时，感应
电机在逆变器出现故障时所产生的馈电扭矩将因为有持续的负载而迅速衰减，证明了感应

电机具有较高的容错能力，可适应混合动力系统的要求。开关电机磁阻是最具有故障容错
能力的电机，而且当其有一个逆变器支路出现故障时电机仍能产生净扭矩。而且，开关磁阻
电机成本低，结构紧凑，但噪声和扭矩脉冲是其主要缺点，且需位置检测器。使得开关磁阻

电机在现阶段不适合应用于混动车上。在混动车动力系统中，电机是作为辅助动力的，而且
电机属于高速旋转设备，一旦电机出现故障，电机产生的瞬态扭矩将使车辆的稳定性和动力
性将受到影响，而且，电机由高压电池组驱动，如果电机出现故障而不能及时容错，电机产

生的瞬态电流将使电池受到损害，因此在混动系统中对电机进行故障诊断是非常必要的。

二、汽车电机故障的排查思路

（一）传统的电机故障诊断思路
在传统的数学模型的诊断方法中，经典的基于状态估计或过程参数估计的方法被应用

199