用于监测去磁的方法技术

一种用于发现诸如风力发电机之类的永磁同步发电机的去磁故障的方法。在同步发电机工作期间执行该方法，并且包括测量定子（11）的振动，对振动（12）执行频率分析，并且从振动分析推断出该发电器是否遭受永磁体（13）去磁。另外，几何偏心度故障和短路故障也可以从振动（12）中检测出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于监测诸如发电机之类的永磁同步电机的系统。尤其是涉及例如在用于风力发电的永磁同步发电机中监测同步发电机的永磁体的磁性故障。
技术介绍
在发电厂实现高可靠性的一个重要因素是提供具有状态监测系统的诸如风力发电机的发电机，以便于检测早期阶段的故障。本专利技术的目的是提供一种用于检测和识别永磁同步发电机(PMSG)、尤其用于风力永磁同步发电机的磁性故障的改进的诊断方法。永磁同步发电机是风力发电工业中一种常见的机器。对去磁进行检测是重要的，因为去磁导致机器性能的降低。已经存在基于监测发电机的反EMF (电动势)和定子电流的用于检测去磁的方法。然而，当对那些指标进行检测时，存在可能给出错误信息的风险，因为其它故障条件产生与去磁相似的特征。US7, 324, 008 (Dl)描述了使用有限元方法(FEM)分析来分析电机，其中分析至少一个故障状态，从而能够预测故障状态的影响。FEM分析的结果可以被用于通过机器的带电测量结果来识别所分析的故障(参见D1，摘要)。Dl描述了一种横向磁通电机，但也建议了，可以将对故障的类似FEM分析用于其他电机(参见D1，第7栏，第26-50行)。Dl建议模拟磁性故障和磁性故障对磁通的影响，使得通过“探测线圈”，磁通的测量可以被用作磁性故障的标志(参见D1，第I栏，第46-51行)。Dl所描述的方法提供了用于检测故障的手段，该故障由于过热和/或去磁而降低磁体的磁场强度(参见Dl,第6栏,第15-16行)。在该
中，监测转子轴承也是重要的。风力涡轮发电机的转子轴承的状态通常通过测量轴承附近的振动而被监测。Dl建议分析其它故障状态，诸如机械和电气失调，而且还建议除了用于感应磁通量的线圈(参见Dl，第7栏，第27-31行)，还使用诸如温度、振动和电流传感器之类的其他传感器用来检测该机器。本专利技术涉及永磁同步电机的诊断，尤其是检测发电机的磁性故障，并且提供了使用探测线圈的可替代方案。文 章“Static-, Dynamic-, and Mixed-Eccentricity Fault Diagnoses inPermanent-Magnet Synchronous Motors，，，Ebrahimi et al, IEEE 工业电子学汇干丨J (IEEETRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS)，第 56 卷，第 11 期，2009 年 11 月 4727，(D4)指出了静态、动态和混合偏心率如何影响当前频谱，该频谱具有定子电流频率的边带分量上的振幅。而且，D4描述了电流频谱如何受到去磁、短路故障和断路故障的影响，并能够通过不产生边带分量而区别于偏心故障。本专利技术提供一种用于发现去磁的电流频谱分析的替换方案，如D4所述，但也可以与这种定子电流分析一起使用。Dl和D4被认为是最相关的现有技术文献，但是下面将参考一些文献，它们涉及解决除了发现同步电机中永磁体去磁之外的其它技术问题。US2011/0018727 (D2)描述了一种用于执行风力涡轮发电机故障诊断的方法和设备，其中传感器监测风力发电机，并且分析来自传感器的信号以检测指示故障的异常现象。D2中描述的方法评估了(参见D2，图1)电信号(电压、电流)、振动信号和温度信号。对该电信号和振动信号分别进行频谱分析(参见D2，附图标记110和120)(诸如FFT或快速傅立叶变换)。对该频谱进行特征分析(参见D2，附图标记140和142)和异常检测(参见D2，附图标记150和154)。温度瞬变被检测，并且温度异常被识别(参见D2，附图标记156)。根据分别检测电的和振动频谱以及温度的异常，可以断定该发电机系统具有电气或者机械故障(参见D2，第段)。来自加速计的振动信号以及由发电机电压信号确定的电压特征可以被用于检测潜在的偏心故障(参见D2，第段)。该文献以一般方式描述了发电机，并且没有描述磁性故障的检测，尤其是没有检测永磁同步发电机中的磁性故障。[0011 ] 振动信号的分析已经被用于诊断电机的故障，参见Jover Rodriguez, P.V.，2007，Current-, Force-, and Vibration-Based Techniques for Induction MotorCondition Monitoring,博士论文,赫尔辛基工业大学，芬兰(D3)，其可在如下地址查询到 http://lib.tkk.fi/Diss/2007/isbn9789512289387/isbn9789512289387.pdf D3 描述了分析异步电机中的定子振动频谱。该研究的目的是为了发现感应电机故障的最好指标，以及用于监测感应电机的状态的合适的技术。D3描述了当电机在故障状态下工作时，电磁力对振型的影响。另外，D3描述了一种方法，该方法允许预测机电故障在感应电机的应力分布以及振型中的影响。在D3中，利用FEM计算，其示出了当工作在电气故障下时作用在电机定子上的应力分布。示出的这些应力分量能够产生电机定子中的强制振动。其结果由振动测量所支持。低频分量能构成状态监测系统中的主要指标。D3使用振动分析来检测感应电机的故障，其中故障是损坏的转子条、损坏的端环、匝间短路、轴承和偏心故障。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于检测磁性问题的方法，其易于使用，而且是可靠的。本专利技术提供了一种用于检测永磁同步电机磁性故障的方法，该永磁同步电机包括具有绕组以及用于电机电流的端子的定子、和设置有永磁体的转子，该转子被可转动地布置在该定子内。通过检测和识别磁性故障，尤其是永磁体的去磁，促进了机器的修复，因为更换该转子的永磁体将除去该故障并且提高性能。基于这些目的，本专利技术提供了一种根据权利要求1的用于监测同步电机中永磁体去磁的方法。同步电机操作期间执行该方法。根据权利要求I的该方法包括测量该定子的振动，对该振动执行频率分析，基于定子供电频率(fs)下的振动幅值是否超过阈值，确定该机器是否遭受永磁体去磁。虽然，此申请主要描述了永磁同步发电机的监测和故障分析，本专利技术对于永磁同步电机的监测和故障分析也是有益的。根据本专利技术的一个实施例，该方法进一步包括基于旋转频率(fK)下的振动幅值是否超过阈值来确定该机器是否遭受永磁体去磁的步骤。同步电机中永磁体的去磁影响了该定子供电频率(fs)和该转子旋转频率(fK)下的振动频谱。监测该定子供电频率(fs)下的振动可以被用于发现磁性故障，并将该磁性故障与诸如电动和几何故障之类的其它故障区分开。而且，监测旋转频率下的振动幅值使得磁性故障的演绎更清晰。对该振动的测量提供了简单的方式来监测去磁。本专利技术使得推断出永磁同步电机遭受仅来自振动的永磁体去磁的影响成为可能。该振动测量可以包括通过振动传感器检测振动，该振动传感器被固定到该定子的框架或者被固定到该定子。例如，本专利技术方法可以通过以下步骤被实现；将诸如加速度计或者多个加速度计之类的振动传感器定位及固定到该定子框架；测量该定子框架的振动；分析来自该加速度计的振动信号频率，识别指示去磁的频率幅值，并且确定该发电机是否遭受永磁体去磁。不需要探测线圈或者其它的电气测量。去磁故障可以从该定子的供电频率下或该转子的旋转频率下的振动幅值识别出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监测诸如风力发电机之类的同步机器中永磁体去磁的方法，所述同步机器具有定子和转子，所述定子具有绕组，所述转子具有被布置成相对于所述定子旋转的永磁体，在所述同步机器的操作期间执行所述方法，并且所述方法包括步骤：测量所述定子的振动，执行对所述振动的频率分析，基于所述定子在供电频率（fS）下的所述振动的幅值是否超过阈值，确定所述机器是否遭受永磁体去磁。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.29 EP 11164289.81.一种用于监测诸如风力发电机之类的同步机器中永磁体去磁的方法，所述同步机器具有定子和转子，所述定子具有绕组，所述转子具有被布置成相对于所述定子旋转的永磁体，在所述同步机器的操作期间执行所述方法，并且所述方法包括步骤: 测量所述定子的振动， 执行对所述振动的频率分析， 基于所述定子在供电频率(fs)下的所述振动的...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·罗德里格斯，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：
国别省市：