CN113311332A - 高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置及方法 - Google Patents
高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113311332A CN113311332A CN202110537988.5A CN202110537988A CN113311332A CN 113311332 A CN113311332 A CN 113311332A CN 202110537988 A CN202110537988 A CN 202110537988A CN 113311332 A CN113311332 A CN 113311332A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- permanent magnet
- induced potential
- motor
- demagnetization
- speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 title claims abstract description 85
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 78
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 17
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 14
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
- G01R31/346—Testing of armature or field windings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障的诊断装置及方法，该诊断装置包括：高速永磁同步电机、缠绕在电机定子上的探测线圈、数据处理电路。该装置利用高速永磁同步电机运行时其定子上缠绕的探测线圈中产生的感应电势信号，通过数据处理算法得到此感应电势信号的三维频谱图，将该三维频谱图与高速永磁同步电机正常运行情况下得到的三维频谱图对比，最后根据比较结果进行高速永磁同步电机永磁体退磁故障的诊断。该装置可以对高速永磁同步电机永磁体退磁故障进行有效的在线检测，而且可以判断出永磁体退磁故障模式并且精准判断出永磁体退磁故障发生的具***置，适用于包含高速永磁同步电机的***进行退磁故障的诊断。
Description
技术领域
本发明是涉及机电领域，尤其是一种高速永磁同步电机领域的一种永磁体退磁故障诊断装置及方法。
背景技术
高速永磁同步电机由于具有结构相对简单、功率密度较高、动态响应快以及运行效率高等优点而在各种对于控制性能要求较高的场合得到了广泛地应用。高速永磁同步电机运行过程中，复杂的工况如频繁的加速减速和变负载运行会导致电机的温度上升，如果散热不及时就会使永磁体出现退磁故障。除了温度影响还有其他原因如电枢反应也会造成永磁体退磁，当电机运行在较大转矩和剧烈暂态等状态下时，定子电流会带来较强的去磁作用，提高了发生退磁故障的概率。退磁故障不仅会导致高速永磁同步电机转子磁链幅值的降低，而且会产生大量的电流谐波、力矩谐波等干扰信号，使得电机转矩精度下降，影响电机的稳定可靠性，甚至可能会损坏电机，造成重大损失，因此对高速永磁同步电机永磁体退磁故障的检测是保证电机稳定运行的一项重要工作。
相关技术中，大部分是基于频谱分析来进行在线故障检测的，如通过电枢电流频谱或振动频谱分析，这些方法的主要优点是不需要精确的机器模型以及额外的硬件。然而，由于电机实际运行环境复杂，容易出现频率混叠、信号能量泄漏以及逆变器带来的干扰谐波信号等问题而导致故障特征频率难以识别，从而影响频谱分析。而且当电机运行速度不平稳时也很难确定谐波阶数，只适用于空载电机，无法兼顾负载和速度发生变化的运行工况。还有一部分是利用永磁体磁链信息进行永磁体退磁故障诊断，但是这种手段无法进行局部退磁故障和均匀退磁故障的区分，而且也不能确定永磁体的具体退磁部位。
发明内容
本发明的技术解决问题：针对现有的高速永磁同步电机永磁体退磁故障检测方法中不适用于负载和速度变化工况的问题和难以区分永磁退磁故障模式、难以确定局部退磁故障位置的问题，提出了一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置及方法，用于对高速永磁同步电机永磁体退磁故障的实时监测，通过在线处理探测线圈中的感应电势信号，根据数据处理结果与报警值之间的关系得到电机永磁体当前的磁场状态并对退磁故障做出诊断，判断出退磁故障的模式、程度和位置，实现实时在线对永磁体退磁故障的监测诊断
本发明的技术解决方案：一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置，包括：
探测线圈1：每组探测线圈规格、匝数相同，其缠绕位置尽量靠近定子齿底部。探测线圈端子与数据处理电路相连接，在退磁故障诊断装置运行时，探测线圈将得到的感应电势信号输入给数据处理电路进行处理。
数据处理电路：包括DSP电路2、探测线圈信息接口电路3、外设接口电路4、通讯电路5。其中DSP电路2在电机运行过程中通过通讯电路5与上位机进行通讯，接收控制指令并通过外设接口电路4将探测线圈信息接口电路3采集到的电压信号传输到上位机。DSP电路2通过外设接口电路4中的AD接口接收模拟信号输入并执行相关操作，同时根据控制指令通过DA接口和IO接口输出相关指令。在永磁体退磁故障诊断装置运行过程中，探测线圈信息接口电路3会不断输出每组探测线圈1中感应到的电机定子处产生的实时感应电势信号到DSP电路2中，利用该信号执行相应的数据处理算法绘制出三维频谱图，将该三维频谱图与高速永磁同步电机正常运行情况下得到的三维频谱图对比，根据比较结果进行高速永磁同步电机永磁体退磁故障的诊断。
探测线圈信息接口电路3：主要包括电压接口电路。电压接口电路与DSP电路2连接，在永磁体退磁故障诊断装置运行过程中，探测线圈信息接口电路3将每组探测线圈1中感应到的电机定子处产生的模拟感应电势信号放大后输入到AD转换芯片中进行处理。
外设接口电路4：包括AD接口、DA接口、IO接口，各部分并行独立运行并与DSP电路2连接。在永磁体退磁故障诊断装置运行过程中，接收外部模拟电压信号并输入到DSP电路2中，并且DSP电路2中的输出量可以通过DA接口转化为模拟电压信号输出，IO接口可以接受外部0～24V数字信号指令输入。
通讯电路5：包括RS485接口、CAN接口、USB接口，各部分并行独立运行并与DSP电路2连接。在永磁体退磁故障诊断装置运行过程中，USB接口与上位机连接，RS485接口和CAN接口作为总线***与其他主机连接，将上位机的控制指令实时传输到DSP电路2中，同时实时传输探测线圈1中的感应电势信号。
根据本发明的另一方面，还提出一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断方法，包括如下步骤：
(1)首先通过探测线圈信息接口电路接收每组探测线圈中感应到的电机定子处产生的实时感应电势信号，利用仪用放大器对感应电势信号进行初步处理。
(2)其次通过外设接口电路将初步处理后的模拟感应电势信号传输到AD转换电路中对其进行AD转换，得到数字感应电势信号。
(3)再次通过外设接口电路将数字感应电势信号利用SPI传输到DSP中，然后在DSP中对数字感应电势信号进行希尔伯特黄变换得到三维频谱图。
(4)最后将每组探测线圈感应到的电机定子处产生的实时感应电势信号的三维频谱图与相同转速工况下正常电机定子处产生的感应电势信号的三维频谱图进行对比分析，根据对比结果对高速永磁同步电机永磁体进行退磁故障的退磁模式区分和退磁位置确定，从而实现永磁体退磁故障的检测诊断。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明通过在电机定子处加装探测线圈来直接采集电机定子处的感应电势信号，直接测量了气隙通量而不依赖于机器参数，同时基于数据信号处理的DSP***框架结构，利用得到的对应三维频谱图之间的异同关系，来进行永磁体退磁故障的退磁模式和退磁位置的检测诊断。与现有的高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断***相比具有以下优点：
(1)本发明装置不依赖于机器参数，通过探测线圈实时采集的感应电势信号进行故障的诊断，不会受到频率混叠、信号能量泄露和逆变器等带来的干扰谐波信号的影响，具有良好的稳定性。
(2)本发明装置通过探测线圈实时采集的感应电势信号进行故障诊断，在每个定子齿上都安装了探测线圈，因此可对定子圆周各个齿部的磁场进行检测，检测范围覆盖了整个圆周，从而能够对发生局部退磁故障的电机永磁体进行故障位置的精确定位。
(3)本发明装置通过探测线圈实时采集的感应电势信号进行故障的诊断，对于大功率商业和工业应用来说，在电机中加装细铜线作为探测线圈不会增加太多成本，然而***可靠性会大大提高。
(4)本发明通过希尔伯特黄变换处理感应电势信号进行退磁故障的诊断，希尔伯特黄变换不受不确定性原理制约，可以同时使时间和频率达到很高的精度，能够在电机负载和速度变化工况下进行有效诊断，很好的处理非平稳信号，同时可以对电机永磁体退磁故障模式进行区分。
附图说明
图1为本发明的装置结构组成框图；
图2为本发明的探测线圈安装位置和永磁体编号示意图；
图3为本发明的DSP电路；
图4为本发明的探测线圈信息接口电路；
图5为本发明的外设接口电路；
图5(a)为本发明的AD接口电路；
图5(b)为本发明的DA接口电路；
图5(c)为本发明的IO接口电路；
图6为本发明的通讯电路；
图7为本发明的诊断方法流程图；
图7(a)为本发明的诊断方法总流程；
图7(b)为本发明采集感应电势信号的具体流程；
图7(c)为本发明具体诊断过程流程；
图8为本发明的数据处理算法框图。
图中：探测线圈1、DSP电路2、探测线圈信息接口电路3、外设接口电路4、通讯电路5。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明主要由高速永磁同步电机、缠绕在电机定子上的探测线圈1、数据处理电路组成，其中数据处理电路包括DSP电路2、探测线圈信息接口电路3、外设接口电路4、通讯电路5。
其中DSP电路2是***核心电路，其与探测线圈信息接口电路3、外设接口电路4和通讯电路5相连接，探测线圈1与探测线圈信息接口电路3相连接。永磁体退磁故障诊断***运行过程中，通过通讯电路5与PC上位机进行实时通讯，接收上位机指令，同时将电机永磁体状态实时信息发送至上位机。该***还可以通过外设接口电路4中的AD接口和IO接口接收模拟信号和数字信号，将这些信号输送至DSP电路2中进行相应处理，同时可以将执行结果通过外设接口电路4中的DA接口转换成模拟信号输出。
***开始运行后，探测线圈信息接口电路3首先从缠绕在电机定子处的探测线圈1中接收采集到的模拟感应电势信号，然后利用AD转换芯片将模拟感应电势信号转化为数字信号，接下来DSP电路2通过外设接口电路4中的AD接口接收数字感应电势信号，在DSP电路2中对此数字信号进行数据处理得到三维频谱图。将该三维频谱图与相同工况下正常电机探测线圈中得到的感应电势信号的三维频谱图作对比分析，最终得到高速永磁同步电机永磁体磁场状态，完成永磁体退磁故障的检测诊断。
如图2所示，由于电机靠近定子齿齿顶处会有少量的漏磁，定子齿齿底部则几乎没有漏磁，因此本发明的探测线圈安装在靠近电机定子齿底部的位置采集电机定子处的产生感应电势。对电机每块永磁体进行编号，便于对发生局部退磁故障的电机进行退磁永磁***置的精确判断。待诊断电机极对数为2，可对待诊断电机的永磁体依次标号：1、2、3、4。
如图3所示，本发明的DSP电路2选择的是TI公司的TMS320F28062作为核心运算芯片，该芯片具有C2000架构核心，运行主频可以达到90MHz，具有32位单精度浮点单元，可独立于主CPU之外运行代码，可以直接访问ADC结果寄存器，能够高效率执行信号转换操作和数据处理算法。
如图4所示，本发明所述探测线圈信息接口电路3中的电压接口电路由AD620仪用放大器运放芯片组成，将探测线圈1采集到的模拟感应电势信号进行放大滤波处理，再通过外设接口电路4传输到DSP电路2中。
如图5(a)-(c)所示，本发明所述外设接口电路4由独立运行的AD接口、DA接口和IO接口并行组成。AD接口采用了AD7606芯片，该芯片可以实现16位8路同步采样输入，能够处理10V和5V真双极性输入信号，具有200kSPS的采样速率，芯片上的SPI总线接口可以直接与DSP电路2连接，具有较高的传输速率。DA接口采用的是TI公司的TLV5614-EP芯片，其输出范围为0～5V，DSP电路2通过该芯片中的SPI接口与其连接。IO接口采用了光耦芯片K1010C，该芯片具有5～24V的数字信号输入范围和最高1KHz速度，可以将接收到的控制信号转换为3.3V CMOS信号输入到DSP电路2中。
如图6所示，本发明的通讯电路5由独立运行的RS485接口、CAN接口和USB接口并行组成。RS485接口和CAN接口分别采用MAX3486芯片和SN65HVD320芯片，这两部分接口能够连接DSP电路2和相应的总线***。USB接口采用了CH340N芯片，该芯片具有USB转串口功能，且不需外部晶振，能够实现DSP电路2与上位机的实时通讯。
本发明的高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断方法流程示意图如图7所示。主要包括图7(a)所示诊断方法总流程，图7(b)所示采集感应电势信号具体流程，图7(c)所示具体诊断过程流程。
本发明的诊断方法总流程为：首先在待诊断高速永磁同步电机的每一个定子齿底部安装相同线径的U型漆包线作为探测线圈，将每组探测线圈端子与数据采集电路连接，采集每组探测线圈中的感应电势信号。然后将采集到的多路感应电势信号经过放大滤波和AD转换后传输到DSP电路中，利用数据处理算法希尔伯特黄变换绘制出三维频谱图，将该三维频谱图与相对应的正常电机运行情况下得到的三维频谱图进行对比分析，最后根据比较结果完成对高速永磁同步电机永磁体退磁故障的诊断工作。
本发明的采集感应电势信号具体流程为：
首先获取待诊断电机正常情况下运行在额定转速时一个机械周期内每组探测线圈中的感应电势信号，将此信号记为erated，其中，一个机械周期是指待诊断电机转子运行一周所经过的时间。然后利用公式er＝r/rrated×erated分别计算待诊断电机正常情况下运行在不同转速时一个机械周期内每组探测线圈中的感应电势信号，其中，er为正常情况下待诊断电机运行在不同转速时每组探测线圈一个机械周期内的感应电势，r为待诊断电机实际运行时的转速，rrated为待诊断电机的额定转速，erated为正常情况下待诊断电机运行在额定转速情况下时每组探测线圈一个机械周期中的感应电势。
本发明的具体诊断过程为：首先获取待诊断电机运行在不同转速时一个机械周期内实际每组探测线圈中的感应电势对应的三维频谱图，然后判断该三维频谱图是否与根据待诊断电机正常运行情况下相应转速计算得到的感应电势所绘制出的三维频谱图一致。如果两幅图象一致，说明电机处于正常工作状态，即可判断出待诊断电机未发生永磁体退磁故障；如果图像不一致，则可以判断出待诊断高速永磁同步电机发生了永磁体退磁故障。如果在相同转速情况下根据计算得到的感应电势绘制出的三维频谱图与根据实际运行时采集到的感应电势绘制出的图象变化趋势一致而幅值不一致，则可以判断出待诊断高速永磁同步电机永磁体发生了均匀退磁故障；如果在相同转速情况下根据计算得到的感应电势绘制出的三维频谱图与根据实际运行时采集到的感应电势绘制出的图象局部不一致，则可以判断出待诊断高速永磁同步电机永磁体发生了局部退磁故障。根据三维频谱图不一致部分找到对应的探测线圈，再利用事先对待诊断电机永磁体的编号即可确定发生局部退磁故障的永磁***置。
本发明所述的数据处理算法原理如图8所示，主要包括经验模态分解、希尔伯特变换。
经验模态分解：首先将输入信号x(t)的所有局部极大值和极小值点分别提取出来，通过三次样条插值方式分别拟合极大值点、极小值点而形成极大值包络线emax(t)和极小值包络线emin(t)，同时得到极值包络线均值，
用输入信号x(t)减去包络线的均值获得新信号，y1(t)＝x(t)-m1。然后根据本征模态函数分量的判断准则：
1.经过分解得到的时间序列，局部极值点数量与过零点数量相差不超过1个；
2.在任意时刻点，局部极大值的包络(上包络)和局部极小值的包络(下包络)均值为零，判定新信号是否满足本征模态函数分量的要求，若不满足条件，则将新信号作为原始数据，重复上述步骤不断筛选，直至满足本征模态函数分量的条件。此时记y1(t)＝c1(t)，则c1(t)为输入信号x(t)的第一个本征模态函数分量。将剩余信号r1(t)＝x(t)-c1(t)作为原始信号，同上述分解步骤分解k次得到k阶本征模态函数，余量记为rn(t)，即r2(t)＝r1(t)-c2(t)，r3(t)＝r2(t)-c3(t)，……，rn(t)＝rn-1(t)-cn(t)。若得到的余量为一个单调信号时，无法再分解本征模态函数，经验模态分解结束。综合上述结果，将各阶本征模态函数与余项rn(t)重构获得原始信号
希尔伯特变换：根据各阶本征模态函数分量进行希尔伯特变换：
式中，PV代表柯西主值，则幅值函数和相位函数分别为：
构造出ci(t)的解析信号为：
则瞬时频率为
根据瞬时频率公式可将原始信号x(t)表示为：
由于频率和振幅均是时间的函数，都具有时域的特征，因此希尔伯特谱为：
其中Re是信号分解的真实部分，称为希尔伯特振幅，这个表达式允许用基于瞬时振幅和频率的类似于傅里叶的扩展来表示信号。原始信号可以用本征模态函数和希尔伯特变换振幅之和来表示。H(ω,t)是一个完整的时间-频率-能量联合谱，从中既可以看到不同时间段的频率变化情况，又可以看到能量随着时间和频率的推移而变化的情况。接下来对时间积分就可以得到希尔伯特边际谱
h(ω)边际谱描述了不同局部频率段的幅值变化，T代表信号时间序列总长度。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式以及对具体实施方式的说明，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置，其特征在于：包括以下部分：
多组探测线圈(1)：每组探测线圈规格、匝数相同，其缠绕位置靠近定子齿底部；探测线圈端子与数据处理电路相连接，在退磁故障诊断装置运行时，探测线圈将得到的感应电势信号输入给数据处理电路进行处理；
数据处理电路：包括DSP电路(2)、探测线圈信息接口电路(3)、外设接口电路(4)、通讯电路(5)；其中DSP电路(2)在电机运行过程中通过通讯电路(5)与上位机进行通讯，接受控制指令并通过外设接口电路(4)将探测线圈信息接口电路(3)采集到的电压信号传输到上位机；DSP电路(2)通过外设接口电路(4)中的AD接口接收模拟信号输入并执行相关操作，同时根据控制指令通过DA接口和IO接口输出相关指令。
2.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置，其特征在于：
在永磁体退磁故障诊断装置运行过程中，探测线圈信息接口电路(3)持续输出每组探测线圈(1)中感应到的电机定子处产生的实时感应电势信号到DSP电路(2)中，利用该信号执行相应的数据处理算法绘制出三维频谱图，将该三维频谱图与高速永磁同步电机正常运行情况下得到的三维频谱图对比，根据比较结果进行高速永磁同步电机永磁体退磁故障的诊断。
3.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置，其特征在于：
探测线圈信息接口电路(3)：主要包括电压接口电路，电压接口电路与DSP电路(2)连接，在永磁体退磁故障诊断装置运行过程中，探测线圈信息接口电路(3)将每组探测线圈(1)中感应到的电机定子处产生的模拟感应电势信号放大后输入到外设接口电路(4)中的AD转换芯片中进行处理。
4.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置，其特征在于：
所述外设接口电路(4)：包括AD接口、DA接口、IO接口，各部分并行独立运行并与DSP电路(2)连接；在永磁体退磁故障诊断装置运行过程中，接收外部模拟电压信号并输入到DSP电路(2)中，并且DSP电路(2)中的输出量通过DA接口转化为模拟电压信号输出，IO接口接受外部0～24V数字信号指令输入。
5.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置，其特征在于：
通讯电路(5)包括RS485接口、CAN接口、USB接口，各部分并行独立运行并与DSP电路(2)连接；在永磁体退磁故障诊断装置运行过程中，USB接口与上位机连接，RS485接口和CAN接口作为总线***与其他主机连接，将上位机的控制指令实时传输到DSP电路(2)中，同时实时传输探测线圈(1)中的感应电势信号。
6.一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断方法，利用权利要求1-5之一所述的装置进行电机永磁体退磁故障的诊断，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)首先在待诊断高速永磁同步电机每一个定子齿底部安装探测线圈；通过探测线圈信息接口电路接收每组探测线圈中感应到的电机定子处产生的实时感应电势信号，利用仪用放大器对感应电势信号进行初步处理；
步骤(2)其次通过外设接口电路将初步处理后的模拟感应电势信号传输到AD转换电路中对其进行AD转换，得到数字感应电势信号；
步骤(3)再次通过外设接口电路将数字感应电势信号利用SPI传输到DSP中，然后在DSP中对数字感应电势信号进行希尔伯特黄变换得到三维频谱图；
步骤(4)最后将每组探测线圈感应到的电机定子处产生的实时感应电势信号的三维频谱图与相同转速工况下正常电机定子处产生的感应电势信号的三维频谱图进行对比分析，根据对比结果对高速永磁同步电机永磁体进行退磁故障的退磁模式区分和退磁位置确定，从而实现永磁体退磁故障的检测诊断。
7.根据权利要求6所述的一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断方法，其特征在于，还包括计算待诊断电机正常情况下运行在不同转速时一个机械周期内每组探测线圈中的感应电势信号：
首先获取待诊断电机正常情况下运行在额定转速时一个机械周期内每组探测线圈中的感应电势信号，将此信号记为erated，其中，一个机械周期是指待诊断电机转子运行一周所经过的时间；
然后利用公式er＝r/rrated×erated分别计算待诊断电机正常情况下运行在不同转速时一个机械周期内每组探测线圈中的感应电势信号，其中，er为正常情况下待诊断电机不同转速时每组探测线圈一个机械周期内的感应电势，r为待诊断电机实际运行时的转速，rrated为待诊断电机的额定转速，erated为正常情况下待诊断电机运行在额定转速情况下时每组探测线圈一个机械周期中的感应电势。
8.根据权利要求6所述的一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括：
首先获取待诊断电机运行在不同转速时一个机械周期内实际每组探测线圈中的感应电势对应的三维频谱图，然后判断该三维频谱图是否与待诊断电机正常运行情况下相应转速计算得到的感应电势所绘制出的三维频谱图一致；如果相同转速时根据计算得到的感应电势绘制出的三维频谱图与根据实际运行时采集到的感应电势绘制出的三维频谱图一致，说明电机处于正常工作状态，即可判断出待诊断电机未发生永磁体退磁故障；如果图像不一致，则可以判断出待诊断高速永磁同步电机发生了永磁体退磁故障。
9.根据权利要求6所述的一种高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断方法，其特征在于，所述步骤(4)进一步包括：
如果相同转速时计算得到的感应电势绘制出的三维频谱图与实际运行时采集到的感应电势得到的图象变化趋势一致而幅值不一致，则判断出待诊断高速永磁同步电机永磁体发生了均匀退磁故障；
如果相同转速时计算得到的感应电势绘制出的三维频谱图与实际运行时采集到的感应电势得到的图象局部不一致，则判断出待诊断高速永磁同步电机永磁体发生了局部退磁故障；
根据三维频谱图不一致部分所对应的探测线圈的位置确定永磁体发生退磁的具体部位，找到具有不一致情况的探测线圈，通过事先对待诊断电机永磁体的编号即可确定发生局部退磁故障的永磁体的位置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110537988.5A CN113311332A (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110537988.5A CN113311332A (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113311332A true CN113311332A (zh) | 2021-08-27 |
Family
ID=77373537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110537988.5A Pending CN113311332A (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113311332A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113552483A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-10-26 | 华中科技大学 | 一种永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法及装置 |
| CN116643165A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-08-25 | 淮阴工学院 | 一种永磁外转子滚筒电机失磁故障检测方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130033215A1 (en) * | 2011-08-01 | 2013-02-07 | Illinois Institute Of Technology | Apparatus and method for permanent magnet electric machine condition monitoring |
| CN103986397A (zh) * | 2014-05-19 | 2014-08-13 | 安徽中家智锐科技有限公司 | 无刷直流电机永磁体故障检测方法 |
| CN107171604A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-09-15 | 沈阳工业大学 | 无刷线圈激磁直流电机无位置传感器dsp控制*** |
| CN108182296A (zh) * | 2016-12-08 | 2018-06-19 | 中南大学 | 一种基于经验模态分解的轨检仪轨向数据处理方法 |
| CN108614212A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-10-02 | 江苏大学 | 一种轮毂电机偏心与退磁故障解耦诊断方法与装置 |
| CN111413616A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-07-14 | 河南理工大学 | 永磁电机退磁故障综合诊断方法 |
| CN112628159A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-09 | 北京航空航天大学 | 一种基于电阻辨识的磁悬浮分子泵定子温度监测***及方法 |
-
2021
- 2021-05-18 CN CN202110537988.5A patent/CN113311332A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130033215A1 (en) * | 2011-08-01 | 2013-02-07 | Illinois Institute Of Technology | Apparatus and method for permanent magnet electric machine condition monitoring |
| CN103986397A (zh) * | 2014-05-19 | 2014-08-13 | 安徽中家智锐科技有限公司 | 无刷直流电机永磁体故障检测方法 |
| CN108182296A (zh) * | 2016-12-08 | 2018-06-19 | 中南大学 | 一种基于经验模态分解的轨检仪轨向数据处理方法 |
| CN107171604A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-09-15 | 沈阳工业大学 | 无刷线圈激磁直流电机无位置传感器dsp控制*** |
| CN108614212A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-10-02 | 江苏大学 | 一种轮毂电机偏心与退磁故障解耦诊断方法与装置 |
| CN111413616A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-07-14 | 河南理工大学 | 永磁电机退磁故障综合诊断方法 |
| CN112628159A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-09 | 北京航空航天大学 | 一种基于电阻辨识的磁悬浮分子泵定子温度监测***及方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| ANTONIO GARCIA ESPINOSA ET AL.: "Fault Detection by Means of Hilbert–Huang Transform of the Stator Current in a PMSM With Demagnetization", 《IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION》 * |
| 何延昭 等: "基于在线最小二乘支持向量机逆***的高速永磁同步电机解耦控制", 《中国电机工程学报》 * |
| 师蔚 等: "永磁电动机永磁体防退磁技术研究综述", 《微特电机》 * |
| 林玉池: "《《测量控制与仪器仪表前沿技术及发展趋势 第2版》", 31 December 2008, 天津大学出版社 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113552483A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-10-26 | 华中科技大学 | 一种永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法及装置 |
| CN113552483B (zh) * | 2021-09-18 | 2022-01-04 | 华中科技大学 | 一种永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法及装置 |
| CN116643165A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-08-25 | 淮阴工学院 | 一种永磁外转子滚筒电机失磁故障检测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bellini et al. | High frequency resolution techniques for rotor fault detection of induction machines | |
| CN103926533B (zh) | 永磁同步电机失磁故障在线诊断方法及*** | |
| CN103454585B (zh) | 一种基于失电残压的永磁同步电机失磁故障诊断方法 | |
| CN101101319A (zh) | 发电机转子绕组匝间短路状态的检测装置 | |
| CN113311332A (zh) | 高速永磁同步电机永磁体退磁故障诊断装置及方法 | |
| CN1896760A (zh) | 负载工况下自动识别发电机转子绕组匝间短路故障的方法 | |
| CN105891660B (zh) | 一种发电机定子绕组匝间短路故障的检测方法 | |
| JP7198089B2 (ja) | 電力変換装置、回転機システム、及び診断方法 | |
| CN113253705B (zh) | 一种鼓风机的故障诊断方法及装置 | |
| CN111257751A (zh) | 电机故障诊断设备、方法、装置及存储介质 | |
| CN113093005B (zh) | 一种永磁同步电机静态偏心故障诊断方法 | |
| CN111190104A (zh) | 电机在线故障监测***及其分析方法 | |
| CN111721567A (zh) | 一种电机动态转矩波动的测试方法及测试*** | |
| Bessous et al. | Mechanical fault detection in rotating electrical machines using MCSA-FFT and MCSA-DWT techniques | |
| CN103308706A (zh) | 一种叶片泵转速检测方法及其装置 | |
| CN202330454U (zh) | 一种电动机转速测量装置 | |
| WO2021145222A1 (ja) | 電力変換装置、回転機システム、及び診断方法 | |
| JP6062588B1 (ja) | 三相誘導電動機の固有特徴量を決定する方法 | |
| CN208420240U (zh) | 一种基于纯电动汽车的电机效率实时车载测量*** | |
| CN201177650Y (zh) | 带有检测线圈的笼型感应电机及其转子断条的检测装置 | |
| CN105262402A (zh) | 无刷直流电机转矩波动检测*** | |
| CN115051612A (zh) | 一种基于电流与振动信号的感应电机转速与转矩辨识方法 | |
| CN112858714B (zh) | 一种异步电动机的转速软计算方法 | |
| CN103076563A (zh) | 一种交流异步电机自动诊断方法 | |
| CN203929124U (zh) | 一种故障诊断分析仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210827 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |