[发明专利]一种永磁同步电机退磁故障诊断方法

说明书

本申请公开了一种永磁同步电机退磁故障诊断方法，该方法通过进行不同类型的退磁故障实验建立样本库，提取线圈元件的反电势，求取退磁故障后的反电势及健康状态下的反电势残差量作为故障特征量，同时通过相关公式转换建立退磁故障特征量样本库和能量区间库。实时获取线圈反电势信号，根据反电势残差信号的大小，利用相关系数法分析实测的故障特征量与查找表中各故障特征量的相关性，通过反电势残差信号能量的大小，同时结合相关系数的分析结果可以诊断退磁故障以及退磁程度，同时可以区分均匀退磁和局部退磁，并且在电机发生局部退磁故障时能进行快速、准确的故障磁极的定位，有效提高诊断永磁同步电机退磁故障的精确性。

技术领域

本发明涉及电机故障诊断领域，具体是关于永磁同步电机退磁故障检测、退磁模式识别、退磁程度评估和退磁磁极定位的方法。

背景技术

永磁同步电机因其具有高功率密度、高效率、高可靠性等优点，在工业伺服驱动、机器人、航空航天、新能源汽车以及新能源发电等领域获得了广泛应用。然而，永磁材料稳定性易受工作温度、电枢反应、制造缺陷及自然寿命等因素的影响而产生磁力损失导致磁感应强度幅值减小或畸变，形成永磁体局部退磁或均匀退磁故障。当永磁体出现不可逆退磁故障时，电机将出现发热严重，过载能力下降，这将导致电机性能下降，严重情况下电机可能失控和报废。对电机的早期退磁故障的诊断不仅可以提高电机运行的可靠性，延长电机的使用寿命，同时改变了维修方式，减少了突发性的事故停产，减少了过剩维修，降低了维修费用，提高了作业率。因此，对永磁同步电机退磁故障诊断研究具有非常重要的意义。

目前，关于退磁故障的研究集中在故障检测和故障程度识别方面,采用的方法主要包括基于定子电流信号的数据驱动诊断方法和基于模型驱动的诊断方法。

大量研究表明，当永磁同步电机出现永磁体局部退磁故障时，电枢电流中将产生如式（1）所示的故障特征谐波，即有

(1)

式中：fs 为定子基波电流频率，p表示电机极对数，k取正整数。

利用FFT或时频分析方法等信号处理技术提取永磁同步电机定子电流中式（1）所示的故障特征谐波进行永磁同步电机永磁体退磁故障诊断，此方法无需增加系统硬件，不需要电机的数学模型，可以在独立于电机参数和系统控制方式的前提下，通过信号处理技术对定子电流进行分析与处理以提取有效的故障特征，实现永磁同步电机局部退磁故障的诊断。然而，这种方法只适用于局部退磁故障，不适用于均匀退磁故障的检测；同时永磁同步电机驱动电源多为变频器驱动，其输出电压为非正弦，导致电流中包含大量的谐波成分，难以跟故障信息区分；在不平衡工况下，定子电流谐波成分也变得更复杂，难以区分故障信息；在某些定子绕组结构下，电机发生退磁故障时电流中不会产生新的谐波分量。这些都给利用电流谐波检测退磁故障带来困难。

基于模型驱动的方法通过对PMSM模型分析而获得永磁体磁链实现永磁体退磁故障的诊断，主要包括有限元法和解析模型法。有限元法通过对永磁同步电机物理模型的分析与处理，获取永磁体磁链的准确信息，但其为物理模型，难以与永磁同步电动机驱动系统直接衔接，且计算量大，实时性差，很难实现永磁体退磁故障的在线诊断，因此该方法主要用于PMSM设计过程中的永磁体抗退磁设计。解析模型法是采用动态数据处理技术构建永磁体磁链在线观测器，该方法能够为退磁故障诊断提供精确的定量数据，但无法识别退磁故障模式，即无法区分退磁故障属于局部退磁还是均匀退磁。

申请号201711341083.0公开了一种《永磁同步直线电机的退磁检测装置及检测方法》，通过检测待测直线电机三个测点位置处气隙磁密的分布以实现退磁检测；通过判断待测磁密与正常磁密分布的差值分布，并提取退磁故障特征，采用PNN分类算法实现退磁故障的辨识。但该方法需要大量的样本数据作为训练数据，且在多磁极电机时，不同磁极退磁故障的特征组合的类型太多，运算量大。