[发明专利]一种无轴承电机悬浮绕组故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及无轴承电机的检测技术，具体是无轴承电机的悬浮绕组故障检测方法，在无轴承永磁同步电机的矢量控制过程中使用。

背景技术

无轴承电机(BM)是一种集悬浮与驱动于一体的新型磁悬浮电机，由转子、定子、转矩绕组、悬浮绕组等组成，通过对电机内悬浮绕组电流进行控制，可以实现电机的转子的稳定悬浮。若电机中悬浮绕组发生故障，会导致转子偏心，不能稳定悬浮，对电机造成严重的损害，因此在电机应用中，对悬浮绕组的状态监测非常重要。绝大多数的悬浮绕组的故障问题是由于绕组匝间绝缘层被电流产生的热量破坏。在故障的前期，电机可能仍能工作，但是当多匝线圈发生短路时(短路可能发生的在单相内，也可能发生在相与相之间)，短路回路将产生较大的电流，对电机造成较大的破坏。为了提高无轴承电机的性能，延长其使用寿命，快速准确的故障诊断和修正可以确保最优的可靠度和最大的安全性能。目前对故障检测和诊断的方法大致分为三类：1)用数学模型描述电机的运行状态。2)分析测量得到的信号，根据测量信号的特点来评估电机的运行状态。3)对于复杂系统的故障检测和诊断多使用模糊算法、神经网络、支持向量机等。其中，采用数学模型对电机运行状态进行描述时，不仅计算复杂，而且对模型的精确度要求较高。而神经网络、支持向量机等方法需要大量的训练数据，也很复杂。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术存在的问题，提出一种新的能对无轴承电机悬浮绕组进行快速准确检测的检测方法。

本发明一种无轴承电机悬浮绕组故障检测方法采用如下技术方案：将悬浮绕组三相电流i_Sa、i_Sb、i_Sc变换为d-q旋转坐标系下的两相悬浮电流i_Sα、i_Sβ，还具有以下步骤：

A、将两相悬浮电流i_Sα、i_Sβ输入图像处理与识别模块中，图像处理与识别模块将每次取样得到的两相悬浮电流i_Sα、i_Sβ作为一个二值图像的像素点，在静态坐标系下将该像素点示出；

B、取样得到悬浮绕组未发生故障时的二值图像，在二值图像中取出通过的像素点最多的圆形O₁，并求出该圆形O₁的半径R₁；

C、当电机运行后，每隔一段时间对两相悬浮电流i_Sα、i_Sβ进行实时采样，得到运行时的二值图像，在二值图像中取通过的像素点最多的轨迹，若该轨迹为椭圆形，则求出椭圆的长轴半径R₂；若该轨迹为圆形，则求出圆形的半径R₂；

D、根据式求出故障严重性指数FSI，将故障严重性指数FSI与设定的阈值进行比较，当超过阈值时，则电机的悬浮绕组发生故障，反之则没有故障。

本发明采用上述技术方案后具有的优点是：由于定子电流能够充分反映出电机系统的信息，所以本发明对无轴承电机的三相悬浮绕组电流进行采样，通过Clark变换为两相悬浮电流，将两相悬浮电流i_Sα、i_Sβ作为反馈电流，通过对反馈电流的数据处理，对静态坐标系下的两相悬浮电流i_Sα、i_Sβ进行处理得到对静态坐标系下电流的二维向量图，将电流以图像的形式表现，通过图像处理技术对二维向量图像进一步处理分析，得到一个故障严重性指标，根据图像的形状来判断是否发生故障以及故障的严重程度，当这个指标超过正常值时将发出警报，提示电机出现故障。本发明简单易于实现，只需要几步简单的坐标变换，不需要复杂的电机数学模型与算法。由于对定子电流进行实时采样，并且实时与离线获得的正常运行状态下电机定子电流图像信息进行比较，可以快速准确的对故障进行诊断和修正，提高无轴承电机的性能，延长其使用寿命，确保最优的可靠度和最大的安全性能。

附图说明

图1是本发明无轴承电机悬浮绕组故障检测系统的结构框图；

图2是本发明故障检测方法的流程图；

图3是图2中两相悬浮电流的图像处理示意图。

具体实施方式