旋转变压器的故障检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种旋转变压器的故障检测方法及装置，应用于控制器；上述控制器与待测旋转变压器相连；上述待测旋转变压器用于检测外设永磁同步电机的转速信号；上述方法包括：获取由上述永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及上述待测旋转变压器检测到的上述永磁同步电机的转速信号；将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果。该方法通过预设的残差评价函数对永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及待测旋转变压器检测到的永磁同步电机的转速信号进行检测，从而提升了永磁同步电机内旋转变压器的故障检测准确度。永磁同步电机内旋转变压器的故障检测准确度。永磁同步电机内旋转变压器的故障检测准确度。

【技术实现步骤摘要】
旋转变压器的故障检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及交流电机
，尤其是涉及一种旋转变压器的故障检测方法及装置。

技术介绍

[0002]永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的一种同步电机。相比于其它的电机，该电机结构简单，特别是传动齿轮不会发生磨损，因此，该电机具有噪音低、维护简单、可靠性高以及功率效率高等优点。目前，该电机在冶金、橡胶、石油、纺织、家用、航空等领域都得到了广泛的应用。其中，永磁同步电机的核心控制参数是转速，主要传感器有采样电阻和旋转变压器，其中旋转变压器测量的是电机的转速信号，也是电机的核心传感器。然而，由于电机长期的运转，旋转变压器极有可能发生故障，引起控制输入的异常，进而严重损坏永磁同步电机，甚至有可能造成灾难性事故发生。因此，研究旋转变压器的故障检测方法是十分有必要的。这里，一种公开号为CN113484802A的现有技术公开了一种旋转变压器的故障检测方法及装置，根据旋转变压器的第一输出信号和第二输出信号的幅值形式，判断出这两条传输线路是否发生断线故障；另一种公开号为的CN108761264A的现有技术公开了一种旋转变压器编码器接线故障检测方法、装置及系统，通过对比实际转子角度与理论转子角度之间的差别，分析出旋转变压器编码器接线故障的发生。然而，上述方法都是对幅值较大的旋转变压器故障进行检测，在实际的应用中，由于背景噪声的增大或早期故障幅值较小等因素，该电机可能会发生一种更难以检测的微小故障。当使用传统方法对其进行检测时，故障可能极难引起相应信号的显著变化，进而无法判断出故障是否发生。因此，迫切需要开发新的旋转变压器故障检测方法来提高永磁同步电机的可靠性。
[0003]整体而言，现有的旋转变压器的故障检测方法还存在检测结果不准确的现象。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种旋转变压器的故障检测方法及装置，以提升永磁同步电机旋转变压器的故障检测准确度。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种旋转变压器的故障检测方法，其中，应用于控制器；上述控制器与待测旋转变压器相连；上述待测旋转变压器用于检测外设永磁同步电机的转速信号；上述方法包括：获取由上述永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及上述待测旋转变压器检测到的上述永磁同步电机的转速信号；将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果。
[0006]结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述残差评价函数通过下述步骤进行构建：根据上述永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机模型；根据上述永磁同步电机模型，构建卡尔曼滤波器；根据上述卡尔曼滤波器，设计残差生成器；上述残差生成器具有残差窗口；根据上述残差生成器，构建上述永磁同步电
机的残差评价函数。
[0007]结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据上述永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机模型的步骤，包括：根据下述第一公式构建永磁同步电机模型：其中，i
d
为上述永磁同步电机的d轴电流，i
q
为上述永磁同步电机的q轴电流，ω
m
为上述永磁同步电机的转速，T
l
上述永磁同步电机的负载力矩，u
d
为上述永磁同步电机的d轴电压，u
q
为上述永磁同步电机的q轴电压，R
s
为上述永磁同步电机的定子相电阻，L
d
为上述永磁同步电机的d轴电感，L
q
为上述永磁同步电机的q轴电感，ψ为上述永磁同步电机的永磁体的励磁磁链，p
n
为上述永磁同步电机的电机极对数，J为加载在上述永磁同步电机的总转动惯量，μ为上述永磁同步电机的总粘滞系数，为上述i
d
的导数，为上述i
d
的导数，为上述ω
m
的导数，为上述T
l
的导数；如果i
d
＝0，将上述第一公式进行简化得到下述第二公式：其中，A
c
表示第一预设系数，B
c
表示第二预设系数；对上述第二公式进行转化，得到下述第三公式：将上述第三公式通过前向欧拉法进行离散，得到下述第四公式和第五公式；将上述第四公式以及上述第五公式，确定为上述永磁同步电机模型；上述第四公式为：x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+w(k)，其中，x(k)＝[i
q
(k) ω
m
(k) T
l
(k)]T
，x(k)表示上述永磁同步电机模型在k时刻的状态值，i
q
(k)表示上述永磁同步电机的d轴电流在k时刻的值，ω
m
(k)表示上述永磁同步电机在k时刻的转速，T
l
(k)表示上述永磁同步电机在k时刻的负载力矩，x(k+1)表示上述永磁同步电机模型在k+1时刻的状态值，A为第三预设系数，B为第四预设系数，x(k)为上述永磁同步电机模型在k时刻的取值，u(k)为上述永磁同步电机模型在k时刻的预设输入值，w(k)为第一预设零均值高斯白噪声；上述第五公式为：y(k)＝Cx(k)+v(k)+Ff(k)，y(k)＝[y1(k) y2(k)]T
；其中，y(k)为上述永磁同步电机模型在k时刻的数据输入，y1(k)为上述电流测量值，y2(k)为上述转速信号，
v(k)表述第二预设零均值高斯白噪声。
[0008]结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据上述永磁同步电机模型，构建卡尔曼滤波器的步骤，包括：根据上述第四公式，构建下述第六公式：其中，为上述永磁同步电机模型的在k
‑
1时刻的后验估计值，为上述永磁同步电机模型在k时刻的先验估计值；根据上述第六公式，计算下述第七公式：P(k|k
‑
1)＝AP(k
‑
1)A
T
+Q
w
，其中，P(k
‑
1)为上述卡尔曼滤波器在k
‑
1时刻的后验估计误差协方差矩阵，P(k|k
‑
1)为预设的k时刻的先验估计误差协方差矩阵，Q
w
为上述第一预设零均值高斯白噪声的协方差矩阵；根据上述第七公式，计算下述第八公式：P
‑1(k)＝P
‑1(k|k
‑
1)+C
T
Q
v
C，其中，P(k)为上述卡尔曼滤波器在k时刻的后验估计误差协方差矩阵，Q
v
上述第二预设零均值高斯白噪声的协方差矩阵；根据上述第八公式，计算下述第九公式：其中，为上述卡尔曼滤波器在k时刻的后验估计值；将上述第六公式、上述第七公式、上述第八公式以及上述第九公式，确定为上述卡尔曼滤波器。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，应用于控制器；所述控制器与待测旋转变压器相连；所述待测旋转变压器用于检测外设永磁同步电机的转速信号；所述方法包括：获取由所述永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及所述待测旋转变压器检测到的所述永磁同步电机的转速信号；将所述电流测量值以及所述转速信号输入预设的所述永磁同步电机的残差评价函数中，输出所述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果。2.根据权利要求1所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，所述残差评价函数通过下述步骤进行构建：根据所述永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机模型；根据所述永磁同步电机模型，构建卡尔曼滤波器；根据所述卡尔曼滤波器，设计残差生成器；所述残差生成器具有残差窗口；根据所述残差生成器，构建所述永磁同步电机的残差评价函数。3.根据权利要求2所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，根据所述永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机模型的步骤，包括：根据下述第一公式构建永磁同步电机模型：其中，i
d
为所述永磁同步电机的d轴电流，i
q
为所述永磁同步电机的q轴电流，ω
m
为所述永磁同步电机的转速，T
l
所述永磁同步电机的负载力矩，u
d
为所述永磁同步电机的d轴电压，u
q
为所述永磁同步电机的q轴电压，R
s
为所述永磁同步电机的定子相电阻，L
d
为所述永磁同步电机的d轴电感，L
q
为所述永磁同步电机的q轴电感，ψ为所述永磁同步电机的永磁体的励磁磁链，p
n
为所述永磁同步电机的电机极对数，J为加载在所述永磁同步电机的总转动惯量，μ为所述永磁同步电机的总粘滞系数，为所述i
d
的导数，为所述i
d
的导数，为所述ω
m
的导数，为所述T
l
的导数；如果i
d
＝0，将所述第一公式进行简化得到下述第二公式：其中，A
c
表示第一预设系数，B
c
表示第二预设系数；对所述第二公式进行转化，得到下述第三公式：
将所述第三公式通过前向欧拉法进行离散，得到下述第四公式和第五公式；将所述第四公式以及所述第五公式，确定为所述永磁同步电机模型；所述第四公式为：x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+w(k)其中，x(k)＝[i
q
(k) ω
m
(k) T
i
(k)]
T
，x(k)表示所述永磁同步电机模型在k时刻的状态值，i
q
(k)表示所述永磁同步电机的d轴电流在k时刻的值，ω
m
(k)表示所述永磁同步电机在k时刻的转速，T
l
(k)表示所述永磁同步电机在k时刻的负载力矩，x(k+1)表示所述永磁同步电机模型在k+1时刻的状态值，A为第三预设系数，B为第四预设系数，x(k)为所述永磁同步电机模型在k时刻的取值，u(k)为所述永磁同步电机模型在k时刻的预设输入值，w(k)为第一预设零均值高斯白噪声；所述第五公式为：y(k)＝Cx(k)+v(k)+Ff(k)，y(k)＝[y1(k) y2(k)]
T
；其中，y(k)为所述永磁同步电机模型在k时刻的数据输入，y1(k)为所述电流测量值，y2(k)为所述转速信号，v(k)表述第二预设零均值高斯白噪声。4.根据权利要求3所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，根据所述永磁同步电机模型，构建卡尔曼滤波器的步骤，包括：根据所述第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天静，肖勇，陈丽君，刘衍钊，逯超，
申请(专利权)人：中海石油炼化有限责任公司中海油石化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：