[发明专利]一种基于磁场分布监测的永磁同步电机偏心故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于磁场分布监测的永磁同步电机偏心故障诊断方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

1)确定待诊断偏心故障的所述永磁同步电机；

2)测量所述永磁同步电机的定子齿的磁通；

3)计算所述永磁同步电机的故障特征值fi，并对所述故障特征值fi进行离散傅里叶变换，从而得到故障特征值空间分布的谐波分布情况FI_k(τ)；

计算永磁同步电机的故障特征值fi的主要步骤如下：

3.1)估计所述永磁同步电机在无故障情况下的第i号定子齿的磁通基波分量i为所述永磁同步电机的定子齿序号；

无故障情况下，第i号定子齿的磁通基波分量如下所示：

式中，N为所述永磁同步电机的定子槽总数；为第i号定子齿的磁通基波分量；为第号定子齿的磁通基波分量；

3.2)计算故障特征值fi，公式如下：

式中，为无故障情况下第i号定子齿的磁通基波分量；

3.3)对故障特征值fi进行离散傅里叶变换，从而获取故障特征值空间分布中谐波分布情况FI_k(τ)；k为谐波次数；

4)根据故障特征值空间分布的谐波分布情况FI_k(τ)判断所述永磁同步电机是否发生故障；若未发生故障，则结束诊断，若发生故障，则转入步骤5)；

诊断永磁同步电机是否发生偏心故障的主要步骤如下；

4.1)设定阈值TH₁和阈值TH₂；TH₁表示最小程度的偏心故障对FI₁的影响；TH₂为偏心故障引起的γ的最大值；γ为除基波外其他谐波能量在整个频谱中的占比；FI₁为故障特征值空间波形的基波；

4.2)判断所述永磁同步电机是否发生偏心故障；

若故障特征值空间分布中谐波分布情况FI_k(τ)满足公式(3)，则判定所述永磁同步电机发生偏心故障；

5)诊断所述永磁同步电机的偏心故障类型；

诊断所述永磁同步电机的偏心故障类型的方法为：

5.1)判断FI₁(τ)的值是否为常数；若FI₁(τ)为常数，则所述永磁同步电机的故障为静态偏心故障；若否，则转入步骤5.2)；

5.2)判断FI₁(τ)的幅值是否为常数，且判断FI₁(τ)的相位是否随时间以同步速度变化；若FI₁(τ)的幅值为常数，且FI₁(τ)的相位随时间以同步速度变化，则所述永磁同步电机的故障为动态偏心故障；若否，则转入步骤5.3)；

5.3)判断FI₁(τ)的幅值是否随时间变化；若FI₁(τ)的幅值随时间变化，则所述永磁同步电机的故障为混合偏心故障；

6)计算所述永磁同步电机的故障程度和/或偏心方向；

计算所述永磁同步电机的故障程度和/或偏心方向的主要方法为：

若所述永磁同步电机发生静态偏心故障或动态偏心故障，则故障程度FS如下所示：

式中，T_Ω为同步机械周期；T_Ω＝pT；t为时间；FI₁(τ)为故障特征值空间波形的基波；T为同步电周期；p为所述永磁同步电机的极对数；

若所述永磁同步电机发生静态偏心故障，则偏心方向FO如下所示：

若所述永磁同步电机发生混合偏心故障，则将故障特征值空间波形的基波分解为静态部分FI_1s和动态部分FI_1r；静态部分FI_1s和动态部分FI_1r分别如下所示：

其中，分解得到的静态部分FI_1s的故障程度和偏心方向分别按照公式(4)、公式(5)计算；分解得到的动态部分FI_1r故障程度按照公式(6)计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁场分布监测的永磁同步电机偏心故障诊断方法，其特征在于：测量永磁同步电机的定子齿的磁通的主要步骤如下：

1)在所述永磁同步电机的每一个定子齿上绕制一个线圈，线圈匝数为1，并对定子齿和所述定子齿上绕制的线圈依次编号；记定子齿和所述定子齿上绕制的线圈序号均为i；i＝1,2，…，N；N为电机定子齿总数；定子齿和定子槽数量相同；N也为电机定子槽总数；

2)同步测量t至t+T时间内各线圈上的电压u_i，并记录t+T时刻的电机瞬时转速R；T为同步电周期；

3)对各线圈电压进行傅里叶变换，从而获取各线圈电压基波分量

4)计算各定子齿磁通的基波分量基波分量如下所示：

式中，j为虚数单位；R为t+T时刻的电机瞬时转速；为各线圈电压基波分量；i为定子齿和定子齿上绕制的线圈序号。