CN111665441A - 一种电机故障诊断方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电机故障诊断方法及装置，应用于电机技术领域，该方法在分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角之后，基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，同时，基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度。如果任一相定子电流的幅值不平衡度大于另外两相定子电流的幅值不平衡度以及预设幅值偏差阈值，且相角不平衡度大于另外两相定子电流的相角不平衡度以及预设相角偏差阈值，则判定满足该条件的定子电流所对应的定子绕组发生匝间短路。本方法根据三相定子电流的幅值和相角的变化情况即可实现匝间短路的故障诊断，在保证诊断结果准确的前提下，有助于降低诊断成本。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种电机故障诊断方法及装置。
背景技术
永磁同步电机因其体积小、运行效率高、功率密度大等特点，广泛应用于航空航天、车载机床等领域。但由于这些应用领域的运行环境较为恶劣，永磁同步电机的故障率较高。通过对永磁同步电机在实际运行中发生的故障进行统计分析可知，除去机械类的轴承故障外，永磁同步电机定子故障发生频率最高，而在定子故障中，定子匝间短路故障最为常见，对于电机使用寿命的影响也最大。因此，能否准确判断永磁同步电机是否发生定子匝间短路故障，具有重要的实际意义。
现有技术中有很多匝间短路故障的诊断方法，比如电流三次谐波法、阶比分析法、小波变换法、经验模态分析法，以及基于神经网络的分析方法等，现有诊断方法虽然能够识别永磁同步电机是否发生匝间短路故障，以及具体是哪一相发生匝间短路，但是，这些诊断方法的诊断逻辑都非常复杂，运算量大，诊断效率较低，而且对应用相应算法的控制器的硬件要求高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电机故障诊断方法及装置，通过更为简单的诊断逻辑识别永磁同步电机中发生匝间短路的故障相，降低运算量，从而提高诊断效率，降低对于控制器的硬件要求，具体方案如下：
第一方面，本发明提供一种电机故障诊断方法，包括：
分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角；
基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，其中，所述幅值不平衡度用于表征定子电流幅值的偏差程度；
基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度，其中，所述相角不平衡度用于表征定子电流相角的偏差程度；
若任一相定子电流满足如下预设条件，判定满足所述预设条件的定子电流所对应的定子绕组发生匝间短路：
幅值不平衡度大于另外两相定子电流的幅值不平衡度以及预设幅值偏差阈值；
相角不平衡度大于另外两相定子电流的相角不平衡度以及预设相角偏差阈值。
可选的，所述基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，包括：
计算三相定子电流的幅值的平均值，得到幅值基准值；
计算A相定子电流的幅值与B相定子电流的幅值的差值，得到A相幅值差，并将所述A相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述A相定子电流的幅值不平衡度；
计算B相定子电流的幅值与C相定子电流的幅值的差值，得到B相幅值差，并将所述B相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述B相定子电流的幅值不平衡度；
计算C相定子电流的幅值与A相定子电流的幅值的差值，得到C相幅值差，并将所述C相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述C相定子电流的幅值不平衡度。
可选的，所述基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度，包括：
基于各相定子电流的相角，分别计算任意两相定子电流之间的相位差，得到A相-B相相位差、B相-C相相位差，以及C相-A相相位差；
将所述A相-B相相位差与标准相位差的比值，作为A相定子电流的相角不平衡度；
将所述B相-C相相位差与所述标准相位差的比值，作为B相定子电流的相角不平衡度；
将所述C相-A相相位差与所述标准相位差的比值，作为C相定子电流的相角不平衡度；
其中，所述标准相位差为120°。
可选的，所述分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角，包括：
针对待诊断电机的每一相定子电流，执行如下操作：
按预设采样频率获取预设数量的定子电流值；
基于所述预设数量的定子电流值进行FFT变换，得到该相定子电流对应的幅值和相角。
可选的，在应用于电机控制器的情况下，所述预设数量基于如下公式确定：
其中，fs表示所述预设采样频率；
fmin表示与定子电流同步采集到外界干扰信号的最小频率值；
ppm表示预设诊断精度；
N表示所述预设数量；
Omax表示所述电机控制器的最大可用硬件资源；
O(1)表示所述预设数量为1时，所述电机故障诊断方法占用所述电机控制器的硬件资源。
可选的，所述基于所述预设数量的定子电流值进行FFT变换，得到该相定子电流对应的幅值和相角，包括：
将所述预设数量的定子电流值代入如下公式，计算得到该相定子电流对应的幅值和相角：
其中，amp表示定子电流的幅值；
N表示所述预设数量；
i[n]表示N个定子电流值中的第n个，n∈[1，N]；
其中，phs表示定子电流的相角；
imag()表示取括号内的虚部；
real()表示取括号内的实部。
可选的，所述预设幅值偏差阈值基于所述待诊断电机发生预设比例的匝间短路时所对应的幅值偏差设定；
所述预设相角偏差阈值基于所述待诊断电机发生所述预设比例的匝间短路时所对应的相角偏差设定。
第二方面，本发明提供一种电机故障诊断装置，包括：
获取单元，用于分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角；
第一计算单元，用于基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，其中，所述幅值不平衡度用于表征定子电流幅值的偏差程度；
第二计算单元，用于基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度，其中，所述相角不平衡度用于表征定子电流相角的偏差程度；
判定单元，用于若任一相定子电流满足如下预设条件，判定满足所述预设条件的定子电流所对应的定子绕组发生匝间短路：
幅值不平衡度大于另外两相定子电流的幅值不平衡度以及预设幅值偏差阈值；
相角不平衡度大于另外两相定子电流的相角不平衡度以及预设相角偏差阈值。
可选的，所述第一计算单元，用于基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，包括：
计算三相定子电流的幅值的平均值，得到幅值基准值；
计算A相定子电流的幅值与B相定子电流的幅值的差值，得到A相幅值差，并将所述A相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述A相定子电流的幅值不平衡度；
计算B相定子电流的幅值与C相定子电流的幅值的差值，得到B相幅值差，并将所述B相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述B相定子电流的幅值不平衡度；
计算C相定子电流的幅值与A相定子电流的幅值的差值，得到C相幅值差，并将所述C相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述C相定子电流的幅值不平衡度。
可选的，所述第二计算单元，用于基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度，包括：
基于各相定子电流的相角，分别计算任意两相定子电流之间的相位差，得到A相-B相相位差、B相-C相相位差，以及C相-A相相位差；
将所述A相-B相相位差与标准相位差的比值，作为A相定子电流的相角不平衡度；
将所述B相-C相相位差与所述标准相位差的比值，作为B相定子电流的相角不平衡度；
将所述C相-A相相位差与所述标准相位差的比值，作为C相定子电流的相角不平衡度；
其中，所述标准相位差为120°。
可选的，所述获取单元，用于分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角时，具体包括：
针对待诊断电机的每一相定子电流，执行如下操作：
按预设采样频率获取预设数量的定子电流值；
基于所述预设数量的定子电流值进行FFT变换，得到该相定子电流对应的幅值和相角。
可选的，在应用于电机控制器的情况下，所述预设数量基于如下公式确定：
其中，fs表示所述预设采样频率；
fmin表示与定子电流同步采集到外界干扰信号的最小频率值；
ppm表示预设诊断精度；
N表示所述预设数量；
Omax表示所述电机控制器的最大可用硬件资源；
O(1)表示所述预设数量为1时，所述电机故障诊断方法占用所述电机控制器的硬件资源。
可选的，所述获取单元，用于基于所述预设数量的定子电流值进行FFT 变换，得到该相定子电流对应的幅值和相角时，具体包括：
将所述预设数量的定子电流值代入如下公式，计算得到该相定子电流对应的幅值和相角：
其中，amp表示定子电流的幅值；
N表示所述预设数量；
i[n]表示N个定子电流值中的第n个，n∈[1，N]；
其中，phs表示定子电流的相角；
imag()表示取括号内的虚部；
real()表示取括号内的实部。
可选的，所述预设幅值偏差阈值基于所述待诊断电机发生预设比例的匝间短路时所对应的幅值偏差设定；
所述预设相角偏差阈值基于所述待诊断电机发生所述预设比例的匝间短路时所对应的相角偏差设定。
上述本发明提供的电机故障诊断方法，在分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角之后，基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，同时，基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度。如果任一相定子电流满足上述预设条件，则判定满足该预设条件的定子电流所对应的定子绕组发生匝间短路。上述预设条件是发明人经过研究得到的，基于永磁同步电机的实际运行情况设定，在实际运行中，如果未发生匝间短路故障，永磁同步电机的三相定子电流是平衡对称的，一旦某一相定子绕组发生匝间短路，则会打破这一平衡，使得各相定子电流的幅值和相角发生变化，本发明提供的诊断方法，根据三相定子电流的幅值和相角的变化情况即可实现匝间短路的故障诊断，在保证诊断结果准确的前提下，算法简单，数据运算量低，因此，可以有效提高诊断效率，同时，降低对于控制器的硬件要求，有助于降低诊断成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电机故障诊断方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种电机故障诊断装置的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，图1为本发明实施例提供的一种电机故障诊断方法的流程图，本发明提供的电机故障诊断方法，可应用于控制器，该控制器可选如永磁同步电机的SVPWM控制，当然，也可以选用其他具有数据处理能力的控制器，或者，其他能够运行控制程序，对永磁同步电机进行故障诊断的诊断设备；参照图1，本发明实施例提供的电机故障诊断方法可以包括：
S100、分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角。
在本实施例中，待诊断电机指的是三相永磁同步电机。三相永磁同步电机的定子绕组分为A相、B相和C相，相应的，三相永磁同步电机的定子电流为A相定子电流、B相定子电流和C相定子电流。本发明实施例提供的电机故障诊断方法，以待诊断电机的定子电流的幅值和相角作为故障诊断的基础数据，因此，在执行本发明实施例提供的故障诊断算法时，应首先获取待诊断电机的A相定子电流的幅值和相角、B相定子电流的幅值和相角，以及 C相定子电流的幅值和相角。
可选的，本发明实施例提供一种获取待诊断电机各相定子电流的幅值和相角的方法。
如前所述，待诊断电机的定子电流包括A相定子电流、B相定子电流和 C相定子电流，对于各相定子电流的幅值和相角的计算方法都是一样的，下面以任意一相定子电流为例，对计算定子电流的幅值和相角的方法进行阐述。
首先，按照预设采样频率获取预设数量的定子电流值。可以想到的是，此步骤获取得到的是多个离散的相电流值，相邻的相电流值之间的时间间隔由预设采样频率决定。具体的，采集得到的定子电流值可以表示为：i[n]，其中，n∈[1，N]，N即为前述预设采样频率。
然后，基于获取得到的预设数量的定子电流值，进行FFT变换，进而得到相应的幅值和相角。
具体的，将所得预设数量的定子电流值代入如下公式，即可计算得到该相定子电流对应的幅值和相角：
其中，amp表示定子电流的幅值；
N表示预设数量；
其中，phs表示定子电流的相角；
imag()表示取括号内的虚部；
real()表示取括号内的实部。
分别对每一相定子电流进行上述计算，即可得到相应的幅值和相角。需要说明的是，对于各相定子电流幅值和相角的计算，还可以参照其他方法实现，在不超出本发明核心思想范围的前提下，同样都属于本发明保护的范围内。
S110、基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度。
根据三相永磁同步电机的基本特性可知，在永磁同步电机正常运行的情况下，A相、B相、C相三相定子绕组中各相定子电流是平衡对称的，各相电子电流的幅值是相等的，一旦存在某一相定子绕组发生匝间短路故障，则会破坏这一平衡，使得各相定子电流的幅值发生变化，具体的，故障相定子电流增大，另外两相定子电流的幅值则会出现或增或减的变化。基于此，本发明实施例定义幅值不平衡度，用于表征定子电流幅值的偏差程度。
可选的，在计算各相定子电流的幅值不平衡度之前，首先计算三相定子电流的幅值的平均值，得到幅值基准值，然后，分别针对每一相定子电流计算相应的幅值不平衡度。
具体的，计算A相定子电流的幅值与B相定子电流的幅值的差值，得到A 相幅值差，然后，计算A相幅值差的绝对值与幅值基准值的比值，将所得比值作为A相定子电流的幅值不平衡度。
计算B相定子电流的幅值与C相定子电流的幅值的差值，得到B相幅值差，进一步计算B相幅值差的绝对值与幅值基准值的比值，所得比值作为B相定子电流的幅值不平衡度。
计算C相定子电流的幅值与A相定子电流的幅值的差值，得到C相幅值差，然后计算C相幅值差的绝对值与幅值基准值的比值，所得比值作为C相定子电流的幅值不平衡度。
上述计算过程，可以采用如下公式表示：
其中，ampA为A相定子电流的幅值，ampB为B相定子电流的幅值，ampC 为C相定子电流的幅值；
(ampA+ampB+ampC)/3为幅值基准值；
ampAB为A相定子电流的幅值不平衡度；
ampBC为B相定子电流的幅值不平衡度；
ampCA为C相定子电流的幅值不平衡度。
S120、基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度。
如前所述，在三相永磁同步电机发生匝间短路故障时，三相定子电流之间的平衡即被打破，这种故障在造成三相定子电流的幅值发生变化的同时，还会对三相定子电流的相角造成影响，本发明各实施例中述及的相角不平衡度，即主要用于表征定子电流相角的偏差程度。
可选的，本发明实施例提供一种相角不平衡度的计算方法，具体的，以三相定子电流处于平衡状态时任意两相定子电流之间的相位差120°作为标准相位差。
首先，基于各相定子电流的相角，分别计算任意两相定子电流之间的相位差，得到A相-B相相位差、B相-C相相位差，以及C相-A相相位差。具体的， A相定子电流与B相定子电流之间的相位差即A相-B相相位差，B相定子电流与 C相定子电流之间的相位差即B相-C相相位差，C相定子电流与A相定子电流之间的相位差即C相-A相相位差。
需要说明的是，在三相交流电领域中，A、B、C三相定子电流的相角，可以采用顺时针计数的方式，也可以采用逆时针计数的方式，因此，对于任一相定子电流而言，可以对应两个相角，一个为正值，一个为负值，而在本方案中，为了准确的计算相邻相定子电流之间的相位差，A、B、C三相定子电流的相角应采用统一的计数方式，要么都采用顺时针方向，要么都采用逆时针方向。
进一步的，前述计算得到的相位差应为大于0°，且小于180°的数值，比如，A相定子电流的相角为30°，B相定子电流的相角为150°，C相定子电流的相角为270°，C相-A相相位差应为120°，并非240°。对于三相定子电流的相角表示，以及任意两相定子电流之间的相位差计算，可以参照现有技术实现，所得结果满足上述要求即可。
得到A相-B相相位差之后，计算A相-B相相位差与标准相位差的比值，将所得比值作为A相定子电流的相角不平衡度；
得到B相-C相相位差之后，计算B相-C相相位差与标准相位差的比值，将所得比值作为B相定子电流的相角不平衡度；
得到C相-A相相位差之后，计算C相-A相相位差与标准相位差的比值，并将所得比值作为C相定子电流的相角不平衡度。
上述计算过程可以用如下公式表示：
phsAB＝phs(A-B)/120°；
phsBC＝phs(B-C)/120°；
phsCA＝phs(C-A)/120°；
其中，phs(A-B)表示A相-B相相位差；
phs(B-C)表示B相-C相相位差；
phs(C-A)表示C相-A相相位差；
phsAB表示A相定子电流的相角不平衡度；
phsBC表示B相定子电流的相角不平衡度；
phsCA表示C相定子电流的相角不平衡度。
需要说明的是，在实际应用中，在获取三相定子电流的预设数量的定子电流值之后，幅值不平衡度和相角不平衡度的计算可以同步进行，也可以先进行相角不平衡度的计算，这两个参量的计算顺序对诊断结果没有任何影响，本实施例中先进行幅值不平衡度计算，然后进行相角不平衡度计算，仅仅是为了便于描述技术方案的执行过程，但不对S110和S120的执行顺序做具体限定。
S130、判断是否存在任一相定子电流满足预设条件，若是，执行S140。
可选的，根据前述任一相定子绕组发生匝间短路时，故障相定子电流与其他相定子电流之间的幅值、相角变化关系，本发明实施例提供一种用于识别发生匝间短路故障的定子绕组的预设条件，当任意一相定子电流满足该预设条件时，则执行S140，当然，当各相定子电流均不满足该预设条件时，则可以判定永磁同步电机并未发生匝间短路故障。
具体的，该预设条件为：
幅值不平衡度大于另外两相定子电流的幅值不平衡度以及预设幅值偏差阈值；
相角不平衡度大于另外两相定子电流的相角不平衡度以及预设相角偏差阈值。
可选的，本发明实施例中述及的预设幅值偏差阈值基于待诊断电机发生预设比例的匝间短路时所对应的幅值偏差设定，相应的，预设相角偏差阈值也是基于待诊断电机发生预设比例的匝间短路时所对应的相角偏差设定，比如，可以是任一相定子绕组发生匝间短路的匝数占定子绕组总匝数的比例为 5％时对应的幅值偏差和相角偏差。
S140、判定满足预设条件的定子电流所对应的定子绕组发生匝间短路。
在任意一相定子电流满足上述预设条件的情况下，则判定满足预设条件的定子电流所对应的定子绕组发生匝间短路。
具体的，当ampAB＝max(ampAB，ampBC，ampCA)，且ampAB＞thamp； phsAB＝max(phsAB，phsBC，phsCA)，且phsAB＞thphs，则判定A相定子绕组发生匝间短路故障；
当ampBC＝max(ampAB，ampBC，ampCA)，且ampBC＞thamp；phsBC＝max (phsAB，phsBC，phsCA)，且phsBC＞thphs，则判定B相定子绕组发生匝间短路故障；
当ampCA＝max(ampAB，ampBC，ampCA)，且ampCA＞thamp；phsCA＝max (phsAB，phsBC，phsCA)，且phsCA＞thphs，则判定C相定子绕组发生匝间短路故障。
在上述内容中，thamp表示预设幅值偏差阈值，thphs表示预设相角偏差阈值。
综上所述，本发明提供的诊断方法，根据三相定子电流的幅值和相角的变化情况即可实现匝间短路的故障诊断，在保证诊断结果准确的前提下，算法简单，数据运算量低，因此，可以有效提高诊断效率，同时，降低对于控制器的硬件要求，有助于降低诊断成本。
可以想到的是，控制程序是由代码构成的，控制程序本身的存储要占用一定的存储空间，控制程序在运行时，由于需要对数据进行调用与运算，其占用的空间会更多。现有技术中用于进行永磁同步电机故障诊断的方法，比如电流三次谐波法、阶比分析法、小波变换法等，算法复杂，在运行时需要占用大量的硬件资源，导致这些诊断算法难以运行在电机控制器或者其他硬件资源紧张的控制器上。
发明人研究发现，对数据运算量进行控制，可以降低诊断算法整体上对于控制器硬件资源的占用，上述任一实施例提供的电机故障诊断算法，对永磁同步电机进行故障诊断的诊断逻辑简单，所需参数较少，对硬件资源的占用已经明显降低，如果能够进一步对数据运算量进行控制，则可以使得故障诊断算法运行于电机控制器。
可选的，本发明实施例还提供一种电机故障诊断方法，对获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角过程中的数据运算量进行控制。根据上述内容可知，如果采用FFT变换的方法计算待诊断电机各相定子电流的幅值和相角，定子电流值的预设数量的选取直接影响着数据运算量的大小，基于此，在本发明各实施例提供的电机故障诊断方法应用于电机控制器的情况下，前述预设数量可以基于如下公式进行选取：
其中，fs表示预设采样频率；
fmin表示与定子电流同步采集到的外界干扰信号的最小频率值；
ppm表示预设诊断精度；
N表示所述预设数量；
Omax表示电机控制器的最大可用硬件资源；
O(1)表示预设数量为1时，电机故障诊断方法占用电机控制器的硬件资源。
可选的，根据奈奎斯特定理可知，为了保证不失真的回复模拟信号，预设采样频率fs应该不小于与定子电流同步采集到的外界干扰信号的最大频率值的2倍，因此，fs≥2fmax，其中，fmax表示与定子电流同步采集到的外界干扰信号的最大频率值。其中，有可能同步采集到的外界干扰信号至少包括：电源干扰信号、温度干扰信号等。
ppm的选取可以根据实际应用中的诊断需求确定，本发明实施例对此不做限定。
可以想到的是，Omax所表示的电机控制器的最大可用硬件资源指的是电机控制器中，SVPWM控制算法以及其他原来即运行于电机控制器内的控制算法所占用的硬件资源以外的可用硬件资源，当然，这只是一种简单的表达方式，在实际应用中，硬件资源至少包括内存和运行时间等内容。
可选的，对于Omax和O(1)的计算，均可以选用CCS(Code Composer Studio，代码调试器)完成，本发明对于Omax和O(1)的具体量化方法不做限定，现有技术中能够实现相应功能的方法都是可选的。
需要说明的是，预设数量N的取值越大，诊断结果越准确，相应的，诊断算法运行时占用的硬件资源也就越多，因此，在上述公式的基础上，还应具体结合对于诊断精度、诊断效率等多个方面的具体要求确定N的最终取值。
综上所述，本发明实施例提供的电机故障诊断算法，诊断逻辑简单，硬件资源占用较少，而且，还可以通过对预设数量N的合理选取，进一步降低硬件资源的占用量，使其可以运行于电机控制器或者其他硬件资源有限的控制器之中，有助于减低诊断成本。
下面对本发明实施例提供的电机故障诊断装置进行介绍，下文描述的电机故障诊断装置可以认为是为实现本发明实施例提供的电机故障诊断方法，在中央设备中需设置的功能模块架构；下文描述内容可与上文相互参照。
可选的，参见图2，图2是本发明实施例提供的一种电机故障诊断装置的结构框图，本发明实施例提供的电机故障诊断装置可以包括：
获取单元10，用于分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角；
第一计算单元20，用于基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，其中，幅值不平衡度用于表征定子电流幅值的偏差程度；
第二计算单元30，用于基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度，其中，相角不平衡度用于表征定子电流相角的偏差程度；
判定单元40，用于若任一相定子电流满足如下预设条件，判定满足预设条件的定子电流所对应的定子绕组发生匝间短路：
幅值不平衡度大于另外两相定子电流的幅值不平衡度以及预设幅值偏差阈值；
相角不平衡度大于另外两相定子电流的相角不平衡度以及预设相角偏差阈值。
可选的，第一计算单元20，用于基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，包括：
计算三相定子电流的幅值的平均值，得到幅值基准值；
计算A相定子电流的幅值与B相定子电流的幅值的差值，得到A相幅值差，并将A相幅值差的绝对值与幅值基准值的比值，作为A相定子电流的幅值不平衡度；
计算B相定子电流的幅值与C相定子电流的幅值的差值，得到B相幅值差，并将B相幅值差的绝对值与幅值基准值的比值，作为B相定子电流的幅值不平衡度；
计算C相定子电流的幅值与A相定子电流的幅值的差值，得到C相幅值差，并将C相幅值差的绝对值与幅值基准值的比值，作为C相定子电流的幅值不平衡度。
可选的，第二计算单元30，用于基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度，包括：
基于各相定子电流的相角，分别计算任意两相定子电流之间的相位差，得到A相-B相相位差、B相-C相相位差，以及C相-A相相位差；
将A相-B相相位差与标准相位差的比值，作为A相定子电流的相角不平衡度；
将B相-C相相位差与标准相位差的比值，作为B相定子电流的相角不平衡度；
将C相-A相相位差与标准相位差的比值，作为C相定子电流的相角不平衡度；
其中，标准相位差为120°。
可选的，获取单元10，用于分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角时，具体包括：
针对待诊断电机的每一相定子电流，执行如下操作：
按预设采样频率获取预设数量的定子电流值；
基于预设数量的定子电流值进行FFT变换，得到该相定子电流对应的幅值和相角。
可选的，在应用于电机控制器的情况下，预设数量基于如下公式确定：
其中，fs表示预设采样频率；
fmin表示与定子电流同步采集到外界干扰信号的最小频率值；
ppm表示预设诊断精度；
N表示预设数量；
Omax表示电机控制器的最大可用硬件资源；
O(1)表示预设数量为1时，电机故障诊断方法占用电机控制器的硬件资源。
可选的，获取单元10，用于基于预设数量的定子电流值进行FFT变换，得到该相定子电流对应的幅值和相角时，具体包括：
将预设数量的定子电流值代入如下公式，计算得到该相定子电流对应的幅值和相角：
其中，amp表示定子电流的幅值；
N表示预设数量；
i[n]表示N个定子电流值中的第n个，n∈[1，N]；
其中，phs表示定子电流的相角；
imag()表示取括号内的虚部；
real()表示取括号内的实部。
可选的，预设幅值偏差阈值基于待诊断电机发生预设比例的匝间短路时所对应的幅值偏差设定；
预设相角偏差阈值基于待诊断电机发生预设比例的匝间短路时所对应的相角偏差设定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的核心思想或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种电机故障诊断方法，其特征在于，包括：
分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角；
基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，其中，所述幅值不平衡度用于表征定子电流幅值的偏差程度；
基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度，其中，所述相角不平衡度用于表征定子电流相角的偏差程度；
若任一相定子电流满足如下预设条件，判定满足所述预设条件的定子电流所对应的定子绕组发生匝间短路：
幅值不平衡度大于另外两相定子电流的幅值不平衡度以及预设幅值偏差阈值；
相角不平衡度大于另外两相定子电流的相角不平衡度以及预设相角偏差阈值。
2.根据权利要求1所述的电机故障诊断方法，其特征在于，所述基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，包括：
计算三相定子电流的幅值的平均值，得到幅值基准值；
计算A相定子电流的幅值与B相定子电流的幅值的差值，得到A相幅值差，并将所述A相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述A相定子电流的幅值不平衡度；
计算B相定子电流的幅值与C相定子电流的幅值的差值，得到B相幅值差，并将所述B相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述B相定子电流的幅值不平衡度；
计算C相定子电流的幅值与A相定子电流的幅值的差值，得到C相幅值差，并将所述C相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述C相定子电流的幅值不平衡度。
3.根据权利要求1所述的电机故障诊断方法，其特征在于，所述基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度，包括：
基于各相定子电流的相角，分别计算任意两相定子电流之间的相位差，得到A相-B相相位差、B相-C相相位差，以及C相-A相相位差；
将所述A相-B相相位差与标准相位差的比值，作为A相定子电流的相角不平衡度；
将所述B相-C相相位差与所述标准相位差的比值，作为B相定子电流的相角不平衡度；
将所述C相-A相相位差与所述标准相位差的比值，作为C相定子电流的相角不平衡度；
其中，所述标准相位差为120°。
4.根据权利要求1所述的电机故障诊断方法，其特征在于，所述分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角，包括：
针对待诊断电机的每一相定子电流，执行如下操作：
按预设采样频率获取预设数量的定子电流值；
基于所述预设数量的定子电流值进行FFT变换，得到该相定子电流对应的幅值和相角。
5.根据权利要求4所述的电机故障诊断方法，其特征在于，在应用于电机控制器的情况下，所述预设数量基于如下公式确定：
其中，fs表示所述预设采样频率；
fmin表示与定子电流同步采集到外界干扰信号的最小频率值；
ppm表示预设诊断精度；
N表示所述预设数量；
Omax表示所述电机控制器的最大可用硬件资源；
O(1)表示所述预设数量为1时，所述电机故障诊断方法占用所述电机控制器的硬件资源。
6.根据权利要求4所述的电机故障诊断方法，其特征在于，所述基于所述预设数量的定子电流值进行FFT变换，得到该相定子电流对应的幅值和相角，包括：
将所述预设数量的定子电流值代入如下公式，计算得到该相定子电流对应的幅值和相角：
其中，amp表示定子电流的幅值；
N表示所述预设数量；
i[n]表示N个定子电流值中的第n个，n∈[1，N]；
其中，phs表示定子电流的相角；
imag()表示取括号内的虚部；
real()表示取括号内的实部。
7.根据权利要求1所述的电机故障诊断方法，其特征在于，所述预设幅值偏差阈值基于所述待诊断电机发生预设比例的匝间短路时所对应的幅值偏差设定；
所述预设相角偏差阈值基于所述待诊断电机发生所述预设比例的匝间短路时所对应的相角偏差设定。
8.一种电机故障诊断装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于分别获取待诊断电机的各相定子电流的幅值和相角；
第一计算单元，用于基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，其中，所述幅值不平衡度用于表征定子电流幅值的偏差程度；
第二计算单元，用于基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度，其中，所述相角不平衡度用于表征定子电流相角的偏差程度；
判定单元，用于若任一相定子电流满足如下预设条件，判定满足所述预设条件的定子电流所对应的定子绕组发生匝间短路：
幅值不平衡度大于另外两相定子电流的幅值不平衡度以及预设幅值偏差阈值；
相角不平衡度大于另外两相定子电流的相角不平衡度以及预设相角偏差阈值。
9.根据权利要求8所述的电机故障诊断装置，其特征在于，所述第一计算单元，用于基于各相定子电流的幅值，分别计算每一相定子电流的幅值不平衡度，包括：
计算三相定子电流的幅值的平均值，得到幅值基准值；
计算A相定子电流的幅值与B相定子电流的幅值的差值，得到A相幅值差，并将所述A相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述A相定子电流的幅值不平衡度；
计算B相定子电流的幅值与C相定子电流的幅值的差值，得到B相幅值差，并将所述B相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述B相定子电流的幅值不平衡度；
计算C相定子电流的幅值与A相定子电流的幅值的差值，得到C相幅值差，并将所述C相幅值差的绝对值与所述幅值基准值的比值，作为所述C相定子电流的幅值不平衡度。
10.根据权利要求8所述的电机故障诊断装置，其特征在于，所述第二计算单元，用于基于各相定子电流的相角，分别计算每一相定子电流的相角不平衡度，包括：
基于各相定子电流的相角，分别计算任意两相定子电流之间的相位差，得到A相-B相相位差、B相-C相相位差，以及C相-A相相位差；
将所述A相-B相相位差与标准相位差的比值，作为A相定子电流的相角不平衡度；
将所述B相-C相相位差与所述标准相位差的比值，作为B相定子电流的相角不平衡度；
将所述C相-A相相位差与所述标准相位差的比值，作为C相定子电流的相角不平衡度；
其中，所述标准相位差为120°。
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