一种永磁同步电机静态偏心故障诊断方法技术

一种永磁同步电机静态偏心故障诊断方法，涉及电机故障诊断领域，为待测永磁同步电机布置探测线圈、获得待测永磁同步电机样机；建立待测永磁同步电机样机的静态偏心故障电磁仿真模型；获取探测线圈的电压；获取探测线圈特征频率幅值；定义静态偏心故障的诊断指标并构建静态偏心故障特征库；BP神经网络结构的确定；BP神经网络节点传递函数和训练函数的选择；BP神经网络训练集的确定。获取待测永磁同步电机样机的探测线圈电压；获取诊断指标；静态偏心故障的诊断；所述的探测线圈在待测永磁同步电机定子的圆周方向上均匀分布；诊断结果更精准。本发明专利技术具有诊断精度高、通用性高，操作简单方便、成本低等优点。成本低等优点。成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机静态偏心故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及电机故障诊断领域，具体是指一种永磁同步电机静态偏心故障的诊断方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机具有工作效率高、调速范围广、转矩密度高、鲁棒性好等显著优点，符合全球能源变革发展趋势，在新能源汽车领域被广泛应用。然而，由于制造公差、装配误差、运行工况差等原因，永磁同步电机可能发生静态偏心故障。静态偏心故障是指电机的旋转中心O
r
和转子中心O
R
重合，与定子中心O
S
分离的情况，如图1所示，图中，e为偏心距，γ为偏心圆周角。静态偏心故障会使轴承状况恶化，使电机产生剧烈振动，进而使电机性能降低、使用寿命缩短。如果可在永磁同步电机故障初期诊断出静态偏心故障，就可以尽早对其进行维修。因此，静态偏心故障诊断对于维护永磁同步电机的稳定运行具有重要意义。
[0003]一般地，静态偏心故障诊断方法分为以下四类:
[0004](1)电压/电流诊断法。这种方法的诊断信号主要包含三相电压、三相电流、定子绕组电压、d轴电感、单元电机空载反电动势以及探测线圈电压等。三相电压、三相电流、定子绕组电压、d轴电感容易获取且不易受外界干扰，但对于非单元电机的诊断，三相电压、三相电流和d轴电感失效，而定子绕组电压只适用于感应电机。单元电机空载反电动势可以准确的诊断静态偏心故障，但单元电机引线困难，反电动势难以获取。例如专利CN110703091A中提出了一种基于单元电机空载反电动势的静态偏心故障诊断方法，较为准确的诊断了静态偏心率和静态偏心圆周角，但并未解决引线问题。探测线圈电压信号可以准确的诊断静态偏心率和静态偏心圆周角，且线圈布置简单。专利CN210072012U沿定子轭部均匀布置了四个探测线圈，揭示了探测线圈电压基波幅值的变化趋势和静态偏心圆周角的关系，但未诊断静态偏心率和静态偏心圆周角。专利CN103713261B在定子齿三个不同轴面分别均匀布置了6个探测线圈，分析了偏心类型、静态偏心圆周角与探测线圈电压的关系，但并未定量诊断静态偏心率和静态偏心圆周角。专利CN109541461B在12个定子齿上布置探测线圈，获取12个探测线圈的电压，根据电压信号估算定子齿磁通，根据磁通诊断静态偏心率和静态偏心圆周角，但诊断所需的探测线圈数量多、后处理过程复杂。
[0005](2)气隙磁场诊断法。这种方法的诊断信号为气隙磁通密度，该方法可以准确诊断静态偏心率和静态偏心圆周角，但只能进行线下诊断，且会损坏电机。专利CN110501640A提出了一种利用特斯拉计直接采集磁通信号，进而利用磁通随静态偏心的变化规律来进行偏心故障诊断的方法。该方法可以诊断静态偏心率和静态偏心圆周角，但破坏了电机。
[0006](3)振动信号诊断法。这种方法诊断信号为振动加速度或振动位移，这种方法不会对电机造成损坏，但振动信号易受外界干扰。专利CN110531259B利用加速度传感器采集了诊断点的轴向和切向振动，诊断了静态率、动态偏心率，但精度较低，且未诊断静态偏心圆周角。
[0007](4)机械故障相关性诊断法。这种方法利用电机静态偏心故障和机械故障(轴承松
动等)的模糊关系，通过诊断电机的机械故障，利用模糊算法来诊断静态偏心故障。这种方法操作便捷，但只能粗略地区分电机故障类型，用若干等级来表征故障的程度。
[0008]综上所述，现有能够同时诊断静态偏心率和静态偏心圆周角的技术多利用探测线圈电压信号进行诊断，但现有技术布置探测线圈数量多且后处理复杂，难以低成本、高精度地对静态偏心故障进行诊断。
[0009]本文在现有探测线圈诊断技术的基础上，结合BP神经网络对静态偏心率和静态偏心圆周角实现了高精度的诊断，同时减少了探测线圈的数量，降低了诊断成本。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种高精度、低成本、操作简便的永磁同步电机静态偏心故障诊断方法，
[0011]本专利技术解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：
[0012]一种永磁同步电机静态偏心故障诊断方法，包括建立静态偏心故障特征库、建立基于BP神经网络的静态偏心故障的诊断模型、静态偏心故障诊断三部分；
[0013]所述建立静态偏心故障特征库包括如下步骤：
[0014]步骤S1：为待测永磁同步电机布置探测线圈、获得待测永磁同步电机样机：
[0015]待测永磁同步电机的槽数为Q
s
，在待测永磁同步电机定子齿上布置x个探测线圈，探测线圈跨齿数为y，探测线圈匝数为2；将x个探测线圈依次编号为探测线圈i，i＝1,2,
…
,x，获得待测永磁同步电机样机；
[0016]其中，x和y为整数，且3≤x≤Q
s
/3，1≤y≤floor(Q
s
/x)，floor(Q
s
/x)表示Q
s
和x比值的向下取整函数；
[0017]步骤S2：建立待测永磁同步电机样机的静态偏心故障电磁仿真模型：
[0018]在电磁有限元仿真软件中，建立m
×
n个不同静态偏心率δ和不同静态偏心圆周角γ的待测永磁同步电机样机的静态偏心电磁有限元模型，设置静态偏心率分别为0、a、2a、
…
、(m
‑
1)a，静态偏心圆周角分别为0
°
、b
°
、2b
°
、
…
、(n
‑
1)b
°
，其中m和n为正整数，a≤10％，(m
‑
1)a≤1，b≤2且nb＝360；建立的m
×
n个待测永磁同步电机样机的静态偏心电磁有限元模型的静态偏心故障特征构成的矩阵表示为U
m
×
n
，
[0019][0020]矩阵的每个元素U
jk
为(δ，γ)，其中，U
jk
为矩阵第i行第k列的元素，j和k为正整数，且1≤j≤m，1≤k≤n，δ为静态偏心率，γ为静态偏心圆周角；每个元素U
jk
对应一种静态偏心工况，每个静态偏心工况包含静态偏心率δ和静态偏心圆周角γ两个静态偏心故障特征。(m
×
n个待测永磁同步电机样机的静态偏心电磁有限元模型可模拟待测永磁同步电机样机的m
×
n个偏心工况)
[0021]步骤S3：获取探测线圈的电压：
[0022]在m
×
n个待测永磁同步电机的静态偏心故障电磁仿真模型中，设置电机转速为n
s
，并对其进行仿真，获取各静态偏心工况下x个探测线圈的电压、得到m
×
n个静态偏心工
况下x个探测线圈电压；
[0023]步骤S4：获取探测线圈特征频率幅值：
[0024]将得到的m
×
n个静态偏心工况下x个探测线圈电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机静态偏心故障诊断方法，包括建立静态偏心故障特征库、建立基于BP神经网络的静态偏心故障的诊断模型、静态偏心故障诊断三部分；所述建立静态偏心故障特征库包括如下步骤：步骤S1：为待测永磁同步电机布置探测线圈、获得待测永磁同步电机样机：待测永磁同步电机的槽数为Q
s
，在待测永磁同步电机定子齿上布置x个探测线圈，探测线圈跨齿数为y，探测线圈匝数为2；将x个探测线圈依次编号为探测线圈i，i＝1,2,
…
,x，获得待测永磁同步电机样机；其中，x和y为整数，且3≤x≤Q
s
/3，1≤y≤floor(Q
s
/x)，floor(Q
s
/x)表示Q
s
和x比值的向下取整函数；步骤S2：建立待测永磁同步电机样机的静态偏心故障电磁仿真模型：在电磁有限元仿真软件中，建立m
×
n个不同静态偏心率δ和不同静态偏心圆周角γ的待测永磁同步电机样机的静态偏心电磁有限元模型，设置静态偏心率分别为0、a、2a、
…
、(m
‑
1)a，静态偏心圆周角分别为0
°
、b
°
、2b
°
、
…
、(n
‑
1)b
°
，其中m和n为正整数，a≤10％，(m
‑
1)a≤1，b≤2且nb＝360；建立的m
×
n个待测永磁同步电机样机的静态偏心电磁有限元模型的静态偏心故障特征构成的矩阵表示为U
m
×
n
，矩阵的每个元素U
jk
为(δ，γ)，其中，U
jk
为矩阵第i行第k列的元素，j和k为正整数，且1≤j≤m，1≤k≤n，δ为静态偏心率，γ为静态偏心圆周角；每个元素U
jk
对应一种静态偏心工况，每个静态偏心工况包含静态偏心率δ和静态偏心圆周角γ两个静态偏心故障特征；步骤S3：获取探测线圈的电压：在m
×
n个待测永磁同步电机的静态偏心故障电磁仿真模型中，设置电机转速为n
s
，并对其进行仿真，获取各静态偏心工况下x个探测线圈的电压、得到m
×
n个静态偏心工况下x个探测线圈电压；步骤S4：获取探测线圈特征频率幅值：将得到的m
×
n个静态偏心工况下x个探测线圈电压进行快速傅里叶变换，得到各偏心工况下x个探测线圈的基波幅值；将U
jk
所表示的偏心工况下第i个探测线圈的基波幅值记为V
jk_i
；其中，基波对应的频率为f
c
，f
c
为电机的电频率，j和k为正整数；步骤S5：定义静态偏心故障的诊断指标并构建静态偏心故障特征库：在第U
jk
偏心工况下第...

【专利技术属性】
技术研发人员：马琮淦，张星星，王金昊，赵越，李琼瑶，李鑫，李佳铭，冯佳，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：