[发明专利]一种内嵌式永磁电机的气隙偏心故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种内嵌式永磁电机的气隙偏心故障诊断方法。所述发明方法需要构造一个阶跃电压序列，在变频器驱动内嵌式永磁电机运行时，重复不间断地将所述阶跃电压序列朝一个固定的电角度叠加在原输出矢量电压给定，形成新输出矢量电压给定。用三个电流矢量值和两个电压矢量值，能够计算出一个矢量轨迹，根据这个矢量的轨迹图就能够有效地诊断气隙偏心故障及其总体偏心度。本发明方法只包括有限的时域运算，不需要借用任何信号处理方法，占用处理器资源低，能够在嵌入式处理器实现在线地变频电机的气隙偏心故障及其故障程度的诊断，具有很高的推广价值。

技术领域

本发明涉及旋转机械和电机故障诊断与状态检测领域，更具体地，本发明涉及变频器驱动的内嵌式永磁电机的气隙偏心故障诊断方法。

背景技术

按照学科划分，既可以从电气工程领域，也可以从机械工程领域，分类诊断电机气隙偏心故障的方法。机械工程领域的诊断方法基本上离不开电机振动信号的分析(【一种永磁同步电机偏心诊断方法，中国专利申请号CN201610191963.3】，【电机气隙偏心的非侵入式多点振动检测装置，中国专利申请号CN201520062608.7】)，而电气工程领域的诊断方法基本上离不开电机电流信号的获取(【ANFIS风电双馈异步电机气隙偏心故障诊断分类方法，中国专利申请号CN201710368353.0】)。获取振动信号需要安装额外的振动传感器，而电机运行依靠电力，不需要振动传感器，因此加装振动传感器增加了额外的成本。随着电力电子技术的成熟，目前电机的主流是变频电机，而变频电机需要电流反馈，电流传感器是变流器的重要组成部分，因此获取变频电机的电流信号不需要额外安装电流传感器，因此从电气工程的角度诊断电机气隙故障更简单方便。目前，从电气工程角度提出的有关电机气隙偏心故障诊断的发明方法，不论是基于电机模型的方法，或是纯粹基于信号处理方法，基本上最终都离不开频谱分析或者时频谱分析，也就是说，最后还是要依赖于信号处理方法(见【诊断永磁电机气隙偏心故障的方法，CN201710121366.8】【旋转电机的故障诊断方法，中国专利申请号CN201710047222.2】【基于完全自适应矩阵束的电机转子偏心故障诊断方法，中国专利申请号CN201510791082.0】)。而一般情况下，信号处理算法在处理来源于电机低速运行时的电气量的数据时，不得不增加数据的长度，承受很高的计算量以勉强维持原先能够达到的分辨率。举例说明，已知电机出现气隙偏心故障时，气隙分布中必定会产生等于转子机械旋转频率f_r的频率分量，那么电机内部能够受气隙偏心影响的电气量都会被此频率调制。电机电流的基波供电频率是f_s，被f_r调制出(f_s±f_r)的故障特征频率；电机电感被调制出f_r的故障特征频率，如果电机本身含有结构性凸极，电机电感还会被调制出更多地故障特征频率。假定有一台电机以30转每分钟运行，那么其对应的f_r是0.5Hz，如果用FFT分析受气隙偏心影响的电气量，被采集的电气量数据点数至少是采样频率的2倍以上，且加Hanning窗才有可能模糊地看到(f_s±f_r)或者f_r处的尖峰，而FFT是目前应用最普遍，实现难度最低的信号处理技术。如果想同时降低采样频率和数据点数，可以选用更复杂更高级的信号处理算法。然而目前工控领域的嵌入式处理器还不足以快速处理更高级的信号处理算法，其实现仍然需要依赖高性能的计算机。因此，如果希望发明一种消耗处理器资源低的气隙偏心故障方法，那这个方法必须只能包括有限的时域运算。如果出现这种发明方法，气隙偏心故障检测的手段将会发生显著的变化，这种方法将能够迅速地在工业领域得到普及和推广，进而推动科技进步。

本发明方法就是这样一种能够在工业领域迅速实现产业化的方法。它只包括有限的时域运算，不需要借用任何信号处理方法，占用处理器资源低，能够在嵌入式处理器实现在线地变频电机的气隙偏心故障及其故障程度的诊断，具有很高的推广价值。本发明内容如下。

发明内容

本发明是一种内嵌式永磁电机气隙偏心故障的诊断方法，方法如下