基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法技术

本发明专利技术提出了一种基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法，包括以下步骤：S1、将探测线圈放置在双三相永磁同步电机的定子齿部靠近槽口的位置；S2、在电机运行时，采集探测线圈的端口电压并根据探测线圈的端口电压判断电机是否发生故障；若端口电压为0V，则电机健康；否则，电机发生故障；S3、利用快速傅里叶变换对故障电机探测线圈端口电压进行频谱分析得到故障特征谐波分量，根据故障特征谐波分量的幅值变化情况，进行故障诊断并判断故障类别。本发明专利技术能够有效地实现识别双三相永磁同步电机的匝间短路故障、失磁故障及偏心故障诊断与辨识，易于实现，信号处理简便，准确度高。度高。度高。

【技术实现步骤摘要】
基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及电机故障诊断
，尤其涉及一种基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着工业的发展，设备运行的可靠性愈发重要，其中，作为动力系统的电机，其运行的可靠也越来越受到重视。相较于传统三相永磁同步电机，多相永磁电机由于其转矩脉动小，容错能力强，可靠性高，可以实现低压大功率等优点，在电动汽车、风力发电等领域受到广泛关注。其中，双三相永磁同步电机拥有多相电机的优点，其包含两套互差30
°
电角度的三相绕组，可以由两组独立的三相逆变器供电，拥有较好的应用前景。永磁同步电机在运行过程中，可能会发生各类不同的故障。然而，目前的故障诊断手段，很难实现双三相永磁同步电机的故障分类，为了提高电机运行的可靠性，电机故障诊断是不可或缺的一环。

技术实现思路

[0003]基于
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法。
[0004]本专利技术提出的一种基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法，包括以下步骤：
[0005]S1、将探测线圈放置在双三相永磁同步电机的定子齿部靠近槽口的位置，在电机运行时，采集探测线圈的端口电压；
[0006]S2、根据探测线圈的端口电压判断电机是否发生故障；若端口电压为0V，则电机健康；否则，电机发生故障；
[0007]S3、利用快速傅里叶变换对故障电机探测线圈端口电压进行频谱分析得到故障特征谐波分量，根据故障特征谐波分量的幅值变化情况，进行故障诊断并判断故障类别。
[0008]优选的，在步骤S1中，所述探测线圈的数量为两个，探测线圈的跨距为一个极距。
[0009]优选的，步骤S2中判断的具体步骤如下：
[0010]S21、在电机正常运行时，电机磁场对称，对电机的气隙磁场进行傅里叶分解，电机气隙的磁场分布可表示为：
[0011][0012]式中，α为电角度，i为谐波次数；
[0013]S22、当电机运行时，通过绕在齿部的探测线圈的磁通随时间变化为：
[0014][0015]式中，l为探测线圈的轴向长度，R是探测线圈的轴心距离，w
r
为电角频率，θ为探测
线圈两个元件边横跨的电角度，θ＝π；
[0016]S23、第一探测线圈的端口电压u1为：
[0017][0018]第二个探测线圈的端口电压u2为：
[0019][0020]式中，η为两个探测线圈互差的电角度，η＝π；
[0021]将两个探测线圈顺相串联起来，探测线圈端口电压相加，则探测线圈最终的端口电压u(t)为：
[0022][0023]S24、由式(5)可知，当电机正常运行时，电机气隙磁场对称，探测线圈端口电压中的整数次谐波均被抵消掉，仅有分数次谐波磁场会对端口电压产生影响；整距绕组的双三相永磁同步电机在正常运行时，气隙磁场中不会包含分数次谐波，在电机正常运行时，探测线圈端口电压输出为0V，此时电机健康；否则，电机发生故障。
[0024]优选的，步骤S3中所述的判断故障类别步骤如下：
[0025]S31、若探测线圈端口电压中出现明显的奇数次谐波，电机出现的故障为静态偏心故障或匝间短路故障；
[0026]S32、若探测线圈端口电压中出现明显的分数次谐波且不包含奇数次谐波时，电机发生的故障为永磁体故障或动态偏心故障。
[0027]优选的，步骤S31还包括以下步骤：
[0028]S311、对端口电压中的3次与15次谐波进行分析，若端口电压中的3次谐波幅值远大于15次谐波幅值，则电机发生的是匝间短路故障，否则是静态偏心故障。
[0029]优选的，步骤S32还包括以下步骤：
[0030]S321、对端口电压中的1/2、3/2次谐波进行分析；当端口电压的1/2次谐波幅值小于3/2次谐波幅值时，电机发生的是动态偏心故障，否则是永磁体故障；端口电压出现5/2次谐波时，电机发生的是永磁体损坏故障，否则是永磁体退磁故障。
[0031]本专利技术提出的基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法，使用探测线圈作为一种侵入式检测方法，方法易于实现，检测信号易于处理，检测精度高；本专利技术根据探测线圈的端口电压信号，可以有效实现双三相永磁同步电机的故障检测与辨识，能够有效的识别双三相永磁同步电机的匝间短路故障、失磁故障及偏心故障，本专利技术方法易于实现，信号处理简便，准确度高。
附图说明
[0032]图1为本专利技术提出的基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法框图；
[0033]图2为本专利技术中24槽4极双三相永磁同步电机中探测线圈在槽内的具体摆放位置结构图；
[0034]图3为本专利技术中跨极式探测线圈的摆放方法图。
具体实施方式
[0035]参照图1，本专利技术提出一种基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法，包括以下步骤：
[0036]S1、将两个探测线圈放置在双三相永磁同步电机的定子齿部靠近槽口的位置，探测线圈摆放方法如图2、图3所示，探测线圈的跨距为一个极距。在电机运行时，采集探测线圈的端口电压。
[0037]S2、根据探测线圈的端口电压判断电机是否发生故障；若端口电压为0V，则电机健康；否则，电机发生故障。判断的具体步骤如下：
[0038]S21、在电机正常运行时，电机磁场对称，对电机的气隙磁场进行傅里叶分解，电机气隙的磁场分布可表示为：
[0039][0040]式中，α为电角度，i为谐波次数；
[0041]S22、当电机运行时，通过绕在齿部的探测线圈的磁通随时间变化为：
[0042][0043]式中，l为探测线圈的轴向长度，R是探测线圈的轴心距离，w
r
为电角频率，θ为探测线圈两个元件边横跨的电角度，θ＝π；
[0044]S23、第一探测线圈的端口电压u1为：
[0045][0046]第二个探测线圈的端口电压u2为：
[0047][0048]式中，η为两个探测线圈互差的电角度，η＝π；
[0049]将两个探测线圈顺相串联起来，探测线圈端口电压相加，则探测线圈最终的端口电压u(t)为：
[0050][0051]S24、由式(5)可知，当电机正常运行时，电机气隙磁场对称，探测线圈端口电压中的整数次谐波均被抵消掉，仅有分数次谐波磁场会对端口电压产生影响；整距绕组的双三相永磁同步电机在正常运行时，气隙磁场中不会包含分数次谐波，因此在电机正常运行时，探测线圈端口电压输出为0V，此时电机健康；否则，电机发生故障，且故障情况不同，探测线
圈端口电压的波形也不同。
[0052]S3、利用快速傅里叶变换对故障电机探测线圈端口电压进行频谱分析得到故障特征谐波分量，根据故障特征谐波分量的幅值变化情况，进行故障诊断并判断故障类别。判断故障类别步骤如下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将探测线圈放置在双三相永磁同步电机的定子齿部靠近槽口的位置，在电机运行时，采集探测线圈的端口电压；S2、根据探测线圈的端口电压判断电机是否发生故障；若端口电压为0V，则电机健康；否则，电机发生故障；S3、利用快速傅里叶变换对故障电机探测线圈端口电压进行频谱分析得到故障特征谐波分量，根据故障特征谐波分量的幅值变化情况，进行故障诊断并判断故障类别。2.根据权利要求1所述的基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法，其特征在于，在步骤S1中，所述探测线圈的数量为两个，探测线圈的跨距为一个极距。3.根据权利要求1所述的基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法，其特征在于，步骤S2中判断的具体步骤如下：S21、在电机正常运行时，电机磁场对称，对电机的气隙磁场进行傅里叶分解，电机气隙的磁场分布可表示为：式中，α为电角度，i为谐波次数；S22、当电机运行时，通过绕在齿部的探测线圈的磁通随时间变化为：式中，l为探测线圈的轴向长度，R是探测线圈的轴心距离，w
r
为电角频率，θ为探测线圈两个元件边横跨的电角度，θ＝π；S23、第一探测线圈的端口电压u1为：第二个探测线圈的端口电压u2为：式中，η为两个探测线圈互差的电角度，η＝π；将两个探测线圈顺相串联起来，探测线圈端口电压相加，则探测线圈最终的端口电压u(t)为：S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杭俊，黄友锐，孙无双，丁石川，赖江龙，李伟，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：