[发明专利]一种磁悬浮分子泵高速转子在线故障诊断系统及方法

说明书

本发明涉及一种磁悬浮分子泵高速转子在线故障诊断系统及方法，包括数据处理电路、隔离采样电路、接口电路、电源转换电路和显示电路。系统利用一种改进的复合傅里叶变换和自适应广义二阶积分器对电机相电流和转子位移进行实时处理，获取基波和谐波分量。为了克服磁悬浮分子泵任意角度安装时带来的转子扰动影响，首先，通过采用自学习的方式记录安装后正常运行和制动时电机电流与转子位移的基波和谐波分量作为正常参考值；其次，在运行过程中不断计算电机电流与转子位移的基波与谐波分量，与正常参考值实时进行比较，在线监测转子状态；最后，当发生故障时能够输出警报，并利用分子泵降速时状态进行故障诊断，区分机械故障、全局退磁故障和局部退磁故障。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮分子泵高速转子在线故障诊断系统及方法，用于实时监测转子状态，并在故障发生时进行机械和退磁故障诊断。系统采用改进的复合傅里叶变换和自适应广义二阶积分器算法实时得到电机电流和转子振动的基波和谐波分量并与正常参考值进行比较，在线监测转子状态，同时能够在发生故障时利用分子泵降速时的信息进行故障诊断，区分机械故障、全局退磁故障和局部退磁故障。本发明无需额外传感器，能够克服磁悬浮分子泵任意角度安装对于转子的影响，确定故障类型，该系统及方法可以直接应用于现有的磁悬浮分子泵系统中。

背景技术

磁悬浮分子泵系统与传统分子泵系统相比，转子采用主动磁轴承支承，具有无机械摩擦，无润滑油污染，极微振动，任意角度安装等优势，被广泛应用在在芯片生产、真空镀膜等高端真空领域。

磁悬浮分子泵主要依靠高速旋转的转子与定子进行配合工作，该过程中转子由于涡流损耗将导致温度升高，但是由于其长期悬浮运行在高真空环境下，转子散热条件差，转子永磁体有退磁风险。同时由于分子泵转子系统机械组成复杂，需要承担较高的离心力作用，有一定机械故障的风险。因此需要及时有效的对磁悬浮分子泵转子系统进行在线故障诊断，出现故障时需要及时关闭分子泵驱动器，防止出现安全隐患。

目前并没有针对磁悬浮分子泵系统的转子故障诊断系统。而针对传统电机的转子退磁故障和机械故障诊断方法存在以下问题：

(1)现有的故障诊断方法依赖于额外的振动传感器、激光传感器或者磁场传感器等，这部分传感器需要在电机加工过程中，嵌入到电机内部，无法应用于现有的分子泵系统。

(2)现有的大量故障诊断方法采用的是基于振动信号或者电流信号故障特征频率分析的原理，但是永磁体的局部退磁故障和转子机械故障会导致电机电流和振动产生相同或相近的特征频率，因此这类方法判断故障发生较为容易，但是无法同时区分出转子故障属于机械故障还是退磁故障。

(3)磁悬浮分子泵的工作环境较为复杂，可能任意角度安装在大型设备上，而传统故障诊断使用的传感器对于安装位置有较高要求，无法直接应用，此外，也极容易受到外部振动的影响，导致故障误触发。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的电机转子退磁和机械故障诊断方法应用于磁悬浮分子泵系统过程中，主要有两个方面的问题：一方面，依赖于多种传感器，但在分子泵系统任意角度安装时，机械故障常用的部分振动传感器和激光传感器无法安装使用；另一方面，在高速下，转子退磁和机械故障引起的位移和电流故障特征频率相同或近似，无法对故障进行有效诊断。针对这两个方面问题，本发明提出了一种能够利用磁悬浮分子泵控制内置传感器，监测高速转子系统状态，并进一步区分退磁故障和机械故障的系统与方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种磁悬浮分子泵高速转子故障诊断系统，包括：