[发明专利]高速鼓风机定子在线故障诊断系统及方法

说明书

本发明涉及一种高速鼓风机定子在线故障诊断系统，包括DSP电路、模拟信号采样电路、数据存储电路、接口电路、电源转换电路和信息显示电路。考虑系数矩阵和观测量中的误差，系统采用递推总体最小二乘算法对永磁同步电机的三种电气参数进行在线辨识。故障诊断时，首先，记录电机安装后初次运行和制动时定子电阻、定子电感和永磁体磁链三种参数作为正常值以供参考；其次，在电机正常运行过程中不断计算定子电阻的实际值与正常参考值对比，实时检测定子状态；最后，在出现故障时能够发出警报，并利用辨识电阻值进行故障诊断，区分匝间断路和匝间短路。本发明无需额外传感器，可直接应用在现有的高速鼓风机系统中进行定子在线故障诊断，降低系统开发成本。

技术领域

本发明涉及机电控制领域，尤其是一种高速鼓风机定子在线故障诊断系统。

背景技术

相比于传统鼓风机，磁悬浮鼓风机采用磁轴承支撑和高速直驱的工作方式，具有节能高效、低振动低噪音、安装维护方便、无润滑油等优点，在污水处理、水产养殖、物料气体输送等多行业领域都有应用。

磁悬浮高速鼓风机由高速电机直接驱动，由变频器来调速，利用主动式磁悬浮轴承系统，通过可控电磁力对内部转动的磁悬浮轴承进行无接触、无磨损的悬浮支撑。在实际工程中，由于焊接缺陷、机械力过大等原因会导致电机发生定子绕组断路故障，进一步会导致电机三相电流不稳定不平衡，甚至影响电机运转并损坏电机；而定子绕组在生产过程中经过绕线、嵌线、搬线及多次搬运极易损伤线圈导线的漆膜，从而引发匝间短路故障，这时永磁体产生的磁场不能被关闭而且不易被控制，其磁场可以在电机故障的地方感应出电压，从而进一步加大电机故障电流，造成电机温度过高，诱导出其他类型的故障，甚至导致强磁体产生永久性退磁现象。为了提高高速鼓风机系统运行的安全性和可靠性，电机定子绕组的故障检测十分重要。

目前没有专门用于磁悬浮鼓风机的定子在线故障诊断系统，常见的电机定子故障诊断存在着不同的问题：(1)依赖外部的振动传感器或其他硬件设备，成本较高且安装较为复杂。(2)目前多数故障诊断方法都是基于电流信号的故障特征进行频域分析，该方法能够有效分析出电机的早期故障，从而及时采取措施，但应用此类方法时，高速电机定子绕组的断路和匝间短路故障容易导致电机电流产生某些相近的特征频率，难以对故障具体区分。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：针对现有永磁同步电机定子故障诊断方法依赖于外部多种传感器且在电机高速运行时由于故障电流特征频率相近导致无法对定子绕组故障具体区分的问题，提出了一种基于参数辨识算法的定子在线故障诊断系统，能够利用高速鼓风机控制器自带的传感器监测电机定子的运行状态，并且能够对定子绕组的断路故障和匝间断路故障予以区分。通过辨识定子电阻实时监测定子状态，并在系统发生故障时进行电阻匝间短路和断路的故障诊断。本系统利用递推总体最小二乘算法对电机三种电气参数实时辨识并与试运行阶段获得的正常参考值进行对比，在线监测电机定子状态，同时能够在系统故障时利用辨识所得电阻值进行故障诊断，区分断路故障和匝间短路故障。本发明无需额外传感器，可直接应用在现有的高速鼓风机系统中进行定子在线故障诊断，降低了系统的研发成本。

本发明解决上述问题采用的技术方案为：一种高速鼓风机定子在线故障诊断系统，包括：DSP电路：与数据存储电路、接口电路、电源转换电路以及信息显示电路相连接；实际运行时，DSP电路接收由电源转换电路提供的电源开始工作，其次通过接口电路获取外部按键信息，确定系统工作模式，再通过模拟信号采样电路不断地对鼓风机系统中电机的定子电压、定子电流以及电机转速信息进行采样，并输送到数据存储电路中进行信息存储，根据采样得到的这些信息进行相应的辨识算法处理，获取电机的磁链、电感和电阻，并依据辨识的定子电阻参数值判断是否发生故障，若发生故障立即通过接口电路输出故障电平信号，用于关闭鼓风机驱动器，最后通过信息显示电路显示相关电气参数值及故障信息；

模拟信号采样电路：与电源转换电路和数据存储电路连接；模拟信号采样电路包括运放和信号调理电路用于对电机定子电压、定子电流及电机转速进行采样并传送至数据存储电路处完成信息存储；