[发明专利]基于磁场监测的永磁同步电机故诊断方法

说明书

本发明提供一种基于磁场监测的永磁同步电机故障诊断方法。通过计算故障特征值，若被监测永磁同步电机的一个定子齿上绕制线圈对应的线圈故障值明显增大，且不随电机旋转而发生改变，则判定故障类型为电机匝间短路。若被监测永磁同步电机的一个定子齿上绕制线圈对应的线圈故障值明显增大，且随电机旋转而变化，则判定故障类型为永磁体失磁。若被监测永磁同步电机的所有定子齿上绕制线圈对应的线圈故障值形成两个峰值，则判定故障类型为偏心故障。

技术领域

本发明涉及电机故障诊断技术领域。具体地说，通过感应线圈对永磁同步电机内部磁场进行监测根据监测结果对故障进行诊断诊断。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单、无电刷和滑环，无电励磁系统，运行可靠性高、功率密度大、电机的形状和尺寸灵活多样等多种显著优点。符合节能减排的经济发展需要，它不仅可以部分替代传统的电励磁电机，而且可以实现电励磁电机难以达到的高效率。因此永磁同步电机在航空航天、数控机床、电动汽车、机器人等领域获得了广泛应用。

由于永磁同步电机应用范围广，工作环境恶劣，因此永磁电机不可避免的会出现各种故障。永磁同步电机常见的故障有匝间短路故障、失磁故障、转子偏心故障等。电机发生故障后电机效率会降低，严重的还可能会导致电机停转，甚至对电机造成永久性的损伤。如果不能及时发现，故障可能会造成巨大的经济损失，因此永磁同步电机故障诊断十分重要。

传统的永磁同步电机故障诊断方法大多都存在只能对单一类型的故障进行诊断，依赖电机参数易受运行状态变化影响，无法识别故障位置及故障程度等问题。

例如，如附图8所示，在电机每个定子齿上加装感应线圈，通过感应线圈上的感应电势对电机进行监测。根据d轴位置和电流相位，将感应线圈上的电势分解为电枢分量和场分量，利用电枢分量诊断电机绕组故障，利用场分量诊断电机转子故障。如图9所示，不同的故障会对定转子分量产生不同的影响，据此该方法可以对绕组故障、失磁故障、偏心故障进行诊断，并且根据场分量或者电枢分量受影响的位置和程度还可以识别故障位置和故障程度。但是，在电机发生故障时，场分量和d轴的关系以及电枢分量和定子电流相位的关系将因故障影响而改变，因此该专利的分解方法在电机故障时结果误差较大，诊断结果精度不高。

又如，现有技术中，利用永磁同步电机发生失磁故障时，电机反电势系数在转子同步参考坐标系下会出现6n次谐波的原理，通过dq轴电流观测转子磁路，通过对转子磁链的分析诊断失磁故障。但是，该方法仅适用于失磁故障这一种故障类型，无法用于诊断永磁电机其他类型的故障；该方法依赖于电机参数，由于电机的参数会随运行状态变化，因此该方法会受电机运行状态变化的影响；该方法也无法识别故障发生的位置。

发明内容

本发明的目的是解决针对现有技术出现的问题，提供一种基于磁场监测的永磁同步电机故障诊断方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于磁场监测的永磁同步电机故障诊断方法，其特征在于:

1)获取参考值

1-1)在作为参照的正常永磁同步电机的每一个定子齿上绕制线圈，并对这些线圈依次编号。

1-2)在作为参照的正常永磁同步电机负载率为R、转速为n的工况下，提取每一个感应线圈上随时间变化的感应电势，并计算其在各个时刻的基波相量表示的幅值，θ_orsi表示的相位。i为线圈的编号，i＝1,2……。

1-3)计算定子绕组在每一个该线圈产生感应电势的相位：

其中θ_oA是A相电流的相位，θ_oAci是A相绕组轴线与第i号线圈位置的电角度差，i为线圈的编号。

1-4)计算永磁体在每一个线圈产生的感应电势相位：