一种适用于永磁电机转子的故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于永磁电机转子的故障诊断方法，用于解决永磁电机转子故障的解决问题。其技术方案是：首先计算电机在低速和中速时的空载损耗增加系数。其次，根据低速和中速时的空载损耗系数判断电机是否存在故障并判断故障种类。本发明专利技术计算简单，易于实现，可以有效地诊断并联支路数大于1的永磁电机是否存在转子故障，同时能区分局部退磁、均匀退磁及偏心故障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于故障诊断
，尤其是一种适用于永磁电机转子的故障诊断方法。
技术介绍
永磁电机具有功率密度高、效率高、易于控制等优点。近年来，在风力发电、电动汽车、数控机床等领域得到了广泛关注和应用。永磁转子是永磁电机中最关键的部件之一，它关系到电机的性能、效率及可靠运行。但是，电机在运行过程中，其永磁转子可能会出现局部退磁、均匀退磁以及偏心故障。为了确保系统高效可靠地运行，有必要监测永磁电机的退磁和偏心故障。目前，已经提出了一些能够用于诊断永磁电机退磁和偏心故障的诊断方法，其中最常用的方法是基于电机定子电流信号的分析方法。该方法根据电机电流中是否存在某些频率分量来判断电机是否存在故障。但是，该方法存在一些不足，主要包括：1)局部退磁在某些定子绕组结构下并不会产生新的频谱分量；2)负载波动、偏心和局部退磁产生的故障特征频率相同，很难从电机频谱角度将他们区分开来。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种适用于永磁电机转子的故障诊断方法。该方法简单，易于实现，可以有效地诊断并联支路数大于1的永磁电机是否存在转子故障。同时，该方法能够区分局部退磁、均匀退磁及偏心故障。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种适用于永磁电机转子的故障诊断方法，包括以下步骤：(1)将被测试电机和负载脱开，通过逆变器控制被测试的永磁电机，使其转速ω1为额定转速的一半左右(40％～60％)，并测量电机的线电压和线电流，根据线电压和线电流得到电机的输入功率，即得到转速ω1下的空载损耗pT1；(2)根据电机的空载损耗pT1计算转速ω1下的空载损耗增加系数k1。其中，pH1为电机正常时，转速ω1下的空载损耗；若k1≥Thr1，则被测试电机存在偏心故障，Thr1为偏心阈值；空载损耗增加系数k1越大，偏心故障越严重。进一步地，所述Thr1为5％。进一步地，该方法还包括退磁故障的判断，具体为：当k1<Thr1，将被测试电机和负载脱开，通过逆变器控制被测试的永磁电机，使运行于一个较低的转速ω2，并测量电机的线电压和线电流，根据线电压和线电流得到电机的输入功率，即得到转速ω2下的空载损耗pT2；根据电机的空载损耗pT2计算转速ω2下的空载损耗增加系数k2。其中，pH2为电机正常时，转速ω2下的空载损耗；k2≥Thr2，则认为电机存在局部退磁故障，Thr2为退磁阈值；k2越大，局部退磁故障越严重。若k2<Thr4，且k1<Thr3,则认为电机存在均匀退磁故障，k2越大，均匀退磁故障越严重。进一步地，所述Thr2为5％。所述Thr3为-5％，Thr4为1％。进一步地，所述ω2为100～300转每分。进一步地，所述步骤(1)中，所述永磁电机的额定转速为3000转每分，ω1为1200转每分。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的转子故障诊断方法计算简单，易于实现，不需要电机的参数；不仅能够判断电机转子是否故障，还能区分局部退磁、均匀退磁及偏心故障。附图说明图1为本专利技术的实验装置图；图2为永磁电机转子故障诊断的流程图。具体实施方式为了更加具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。图1给出了本专利技术的实验装置图。将电机和负载脱开，然后利用驱动器将电机分别驱动到低速和中速。利用电压和电流传感器获取电机的线电压和线电流，并据此计算出电机的空载损耗。利用被测电机的空载损耗和正常电机的空载损耗，可判断出永磁电机的转子故障与否及故障类型。当电机的每极每相槽数q为整数时，电机的局部退磁故障并不会在电机的相电流中引入新的故障特征分量。但是，如果永磁电机的并联支路数大于1，则电机的并联支路之间会产生较大的环流，他们的频率为式中，n是奇数，p是电机的极对数，f1是电机的基波频率。分析电机环流可以有效诊断电机的转子故障。然而，不能从电机外部测量电机的环流。环流会增大电机的损耗。根据永磁电机的基础知识可知，永磁电机的损耗主要包括铁芯损耗、铜耗、永磁体的涡流损耗、风磨耗、控制器引起的谐波损耗等。正常的永磁电机空载低速运行时，电机的铁耗、涡流损耗及风磨耗较小，铜耗非常小。当电机发生局部退磁故障时，由于电机的运行频率较低，所以环流产生的铜耗成为主要的损耗增加部分。由于此时电机总的损耗很小，所以环流的铜耗会使局部退磁电机的空载损耗增加比例较大。因此，电机发生局部退磁故障时，其低速空载损耗增加系数k1相对较大。随着电机转速提高，电机的铁损会逐步加大，此时主要的损耗是电机的铁损。局部退磁对铁损的影响较小。尽管此时环流仍然会有一定的增加，但是其增加幅度与铁损相比较小，因此电机的空载损耗增加比例会随着电机转速的增加逐步降低。因此，电机发生局部退磁故障时，其中速空载损耗增加系数相对较小。通过大量试验表明，当电机在中速时空载损耗增加系数k1<Thr1且k2≥Thr2时，可认为电机发生了局部退磁故障，且Thr1取5％，Thr2取5％。电机的偏心故障会使电机的并联支路中产生环流。因此，电机空载低速运行时，其损耗增加系数也会大于零。当电机在中速运行时，由于电机的气隙不均匀，因此电机部分铁芯中的气隙磁密增加，偏心使铁损增加。此外，电机偏心时，由于单边磁拉力的存在，电机的摩擦损耗增大。所以，偏心电机在中速运行时，其损耗增加系数相对较大。通过大量试验表明，当电机在中速时空载损耗增加系数k1≥Thr1时，即可认为电机发生了偏心故障。当电机发生均匀退磁时，电机的支路中不会产生环流，且电机中谐波含量也不会增加。电机发生均匀退磁时，由于电机磁密降低，电机在低速和中速时的空载损耗都会减小。考虑到电机在低速时总的损耗较小，较小的误差就可能使空载损耗增加系数发生较大变化，因此可将低速的损耗增加系数的范围适当放宽，主要通过中速时的损耗增加系数来判断。通过大量试验表明，当电机在中速时的空载损耗增加系数k1<Thr3且低速时的空载损耗增加系数k2<Thr4时，可认为电机发生了均匀退磁故障，且Thr3取5％，Thr4取1％。从上面的分析可知，综合考虑电机在低速和中速时的空载损耗增加系数可判断电机是否存在故障。如果存在故障，还能判断出电机的故障类型。根据上述理论，本专利技术具体的实施步骤如图2所示：(1)将被测试电机和负载脱开。利用驱动器使被测电机运行于中速ω1(选取为1200转每分)，并测量电机的两个线电压和两个线电流。其中两个线电压记为vba、vca，两个线电流记为ia，ib。(2)计算电机在低速时的空载损耗pT1。其计算表达式为pT1＝vacia+vbcib(4)(3)根据正常电机在中速时(1200转每分)的空载损耗pH1，计算电机低速运行时的空载损耗增加系数k1。其计算表达式为其中，正常电机在中速时的空载损耗需提前测试得到。(4)根据k1判断电机是否存在偏心故障。若k1≥Thr1，则认为电机发生偏心故障。空载损耗增加系数k1越大，偏心故障越严重。其中，阈值Thr1需通过实验测试得到，一般可取5％。(5)如果电机不存在偏心故障，即k1<Thr1，则利用驱动器使被测电机运行于低速(100转每分)，并重复步骤(1)-(3)，得到电机低速时的空载损耗增加系数k2。根据系数k1和k2判断电机是否存在退磁故障，并区分是局部退磁故障还是均匀退磁故障。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于永磁电机转子的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将被测试电机和负载脱开，通过逆变器控制被测试的永磁电机，使其转速ω1为额定转速的一半左右(40％～60％)，并测量电机的线电压和线电流，根据线电压和线电流得到电机的输入功率，即得到转速ω1下的空载损耗pT1；(2)根据电机的空载损耗pT1计算转速ω1下的空载损耗增加系数k1。k1=pT1pH1-1---(1)]]>其中，pH1为电机正常时，转速ω1下的空载损耗；若k1≥Thr1，则被测试电机存在偏心故障，Thr1为偏心阈值；空载损耗增加系数k1越大，偏心故障越严重。

【技术特征摘要】
1.一种适用于永磁电机转子的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将被测试电机和负载脱开，通过逆变器控制被测试的永磁电机，使其转速ω1为额定转速的一半左右(40％～60％)，并测量电机的线电压和线电流，根据线电压和线电流得到电机的输入功率，即得到转速ω1下的空载损耗pT1；(2)根据电机的空载损耗pT1计算转速ω1下的空载损耗增加系数k1。k1=pT1pH1-1---(1)]]>其中，pH1为电机正常时，转速ω1下的空载损耗；若k1≥Thr1，则被测试电机存在偏心故障，Thr1为偏心阈值；空载损耗增加系数k1越大，偏心故障越严重。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Thr1为5％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括退磁故障的判断，具体为：当k1<Thr1，将被测试电机和负载脱开，通过逆变器控制被测试的永磁电机，使运...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄进，侯招文，刘赫，刘子剑，叶明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33