CN112671307A - 一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电机故障振动与预测技术领域，公开了一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法及装置，包括：获取表贴式永磁同步电机的定子电流波形；对所述定子电流波形进行傅里叶分解，计算所述定子电流波形的主要阶次及对应的幅值；将所述定子电流波形的主要阶次对应的幅值代入退磁程度指标的计算模型中，获得退磁程度指标值；获取能够判定表贴式永磁同步退磁程度的标准区间；将所述退磁程度指标值与所述标准区间进行比较，评定电机退磁程度。该方法有助于监测永磁同步电机在实际工况下的退磁程度以及根据其变化进行故障预测。

Description

一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法及装置
技术领域
本发明涉及电机故障诊断与预测技术领域，特别涉及一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法及装置。
背景技术
永磁同步电机被广泛应用于机械制造、机器人控制、航空航天等领域。永磁同步电机发生退磁故障会导致输出力矩减小、振动和噪声加剧，严重影响工作使用。若能实现对永磁同步电机退磁程度的在线监测，并依次评定永磁同步电机的健康状态，将有助于实现电机的退磁故障预测。
目前，针对退磁故障诊断方法的研究，主要是结合理论分析与仿真试验相机和的技术途径，利用各种信号处理方法对仿真数据进行分析、提取故障特征值，进而判定电机是否发生退磁故障。然而，在不拆解永磁同步电机、并保持永磁同步电机处于正常工作状态的前提下，关于如何根据现场检测的数据进行退磁故障诊断的研究较少，更无准确的退磁程度评价方法和技术成熟的检测装置。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法及装置，以解决相关技术中在不拆解永磁同步电机的前提下如何对永磁同步电机退磁程度进行监测的问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，包括：
获取表贴式永磁同步电机的定子电流波形；
对所述定子电流波形进行傅里叶分解，计算所述定子电流波形的主要阶次及对应的幅值；
将所述定子电流波形的主要阶次及对应的幅值代入退磁程度指标的计算模型中，获得退磁程度指标值；
获取能够判定表贴式永磁同步退磁程度的标准区间；
将所述退磁程度指标值与所述标准区间进行比较，评定电机退磁程度。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价装置，包括：
第一获取模块，用于获取表贴式永磁同步电机的定子电流波形；
第一计算模块，用于对所述定子电流波形进行傅里叶分解，计算所述定子电流波形的主要阶次及对应的幅值；
第二计算模块，用于将所述定子电流波形的主要阶次对应的幅值代入退磁程度指标的计算模型中，获得退磁程度指标值；
第二获取模块，用于获取能够判定表贴式永磁同步退磁程度的标准区间；
比较评价模块，用于将所述退磁程度指标值与所述标准区间进行比较，评定电机退磁程度。
根据以上技术方案，本发明实施例的永磁同步电机退磁程度表征指标考虑定子电流基波和谐波，准确的计算出电机退磁程度表征指标值，为准确评定电机健康状态奠定了基础。通过实验对本文提出的方法的有效性进行验证。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种表贴式永磁同步电机轴承健康状态评价方法的流程图；
图2是本发明实施例中正常电机的定子电流波形频谱图(幅值取以10为底的对数)；
图3是本发明实施例中电机出现严重退磁故障时的定子电流波形频谱图(幅值取以10为底的对数)；
图4是本发明实施例提供的一种永磁同步电机退磁程度指标计算装置的框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的种表贴式永磁同步电机轴承健康状态监测方法及装置其具体实施方式、特征及功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
参考图1，本实施例提供一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，该方法包括以下步骤：
步骤S101，获取表贴式永磁同步电机的定子电流波形；
具体地，通过电流传感器和数据处理技术获取某转速下的定子电流波形；通过电流传感器获取电机在实际工况下、在某转速下的定子电流波形，能够真实的反映电机的实际健康状态。
步骤S103，对所述定子电流波形进行傅里叶分解，计算所述定子电流波形的主要阶次及对应的幅值；
具体地，调用matlab的fft函数对所述电流波形做傅里叶变换，测算得到的定子电流波形的主要阶次0.75pf、p f和2p f，f为电机转子旋转频率，单位Hz，p为永磁同步电机的极对数，对应幅值为A0.75,j，A1,j，A2,j,j＝1,2...k，k为永磁同步电机的相数；通过调用matlab的fft函数对所述电流波形做傅里叶变换，能够准确的获得定子电流波形的主要阶次和对应的幅值。
步骤S105，将所述定子电流波形的主要阶次对应的幅值代入退磁程度指标的计算模型中，获得健康状态指标值；
具体地，本实施例所述的永磁同步电机退磁程度指标值计算方法如下；
Figure BDA0002860802050000041
参考图2，对于U、V、W三相定子绕组采用Y型接法的永磁同步电机A，无故障时，在1200r/min运行时，通过对测得定子电流波形进行傅里叶分析，得到图2所示的频谱曲线；将定子电流波形的主要阶次对应的幅值代入指标计算模型(1)中，可获得健康状态指标值为0.000009。
参考图3，对于U、V、W三相定子绕组采用Y型接法的永磁同步电机B，具有严重退磁故障时，在1200r/min运行时，通过对测得定子电流波形进行傅里叶分析，得到图3所示的频谱曲线；将定子电流波形的主要阶次对应的幅值代入指标计算模型(1)中，可获得健康状态指标值为0.00021。
实验结果表明，根据公式(1)计算永磁同步电机退磁程度指标值的方法有效，能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下的退磁程度，为实现对永磁同步电机进行退磁故障预测具有重要的指导、实践意义。
步骤S107，获取能够判定表贴式永磁同步电机无退磁故障的标准区间；
具体地，根据无故障以及具有严重退磁故障电机定子电流波形中的主要阶次对应的幅值，计算得到能够判定表贴式永磁同步电机退磁程度的标准区间，其中所述严重退磁为退磁至电机无法正常工作，包括：
获取n个无故障永磁同步电机的无退磁故障表征指标值Fi(i＝1,2,…n)；
通过公式(2)计算，获取n个健康状态表征指标值Fi的均值
Figure BDA0002860802050000055
Figure BDA0002860802050000051
通过公式(3)计算，获取n个健康状态表征指标值Fi的标准差s；
Figure BDA0002860802050000052
通过公式(4)计算，获取判定表贴式永磁同步电机无退磁故障的标准值HI；
Figure BDA0002860802050000053
获取m个具有严重退磁故障的电机的无退磁故障表征指标值Hj(j＝1,2,…m)；
通过公式(5)计算，获取m个指标值Hj的均值HF；
Figure BDA0002860802050000054
获取判定表贴式永磁同步电机退磁程度的标准区间(HI,HF]。
实验结果表明，通过步骤S107获取判定表贴式永磁同步电机退磁程度的标准区间，能够用于对永磁同步电机是否发生退磁故障进行准确地评定。
步骤S109，将所述退磁程度指标值与所述标准区间进行比较，评定电机退磁程度；
具体地，将所述退磁程度指标值与所述标准区间进行比较，若小于或等于标准值HI，评定电机无退磁故障；越接近HF，则表明电机退磁程度越高；实验结果表明，通过步骤S109评定永磁同步电机退磁程度，所得结果能够反映工程实际，为实现永磁同步电机故障预测具有重要的指导、实践意义。
该方法还可以包括步骤111，根据所述退磁程度指标值，监测永磁同步电机在实际工况下的退磁程度以及根据其变化进行退磁故障预测；实验结果表明，提出的基于定子电流波形的电机轴承健康状态指标方法计算有效，能够用于实时监测永磁同步电机在实际工况下退磁程度，为实现永磁同步电机故障预测具有重要的指导、实践意义。
参考图4，本实施例还提供一种表贴式永磁同步电机轴承健康状态指标获取装置，该装置为与上述的一种表贴式永磁同步电机轴承健康状态指标获取方法相对应的虚拟装置，该装置包括：
第一获取模块901，用于获取表贴式永磁同步电机的定子电流波形；
第一计算模块903，用于对所述定子电流波形进行傅里叶分解，计算所述定子电流波形的主要阶次及对应的幅值；
第二计算模块905，用于将所述定子电流波形的主要阶次对应的幅值代入退磁程度指标的计算模型中，获得退磁程度指标值；
第二获取模块907，用于获取能够判定表贴式永磁同步退磁程度的标准区间；
比较评价模块909，用于将所述退磁程度指标值与所述标准区间进行比较，评定电机退磁程度。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，其特征在于，包括：
获取表贴式永磁同步电机的定子电流波形；
对所述定子电流波形进行傅里叶分解，计算所述定子电流波形的主要阶次及对应的幅值；
将所述定子电流波形的主要阶次对应的幅值代入退磁程度指标的计算模型中，获得退磁程度指标值；
获取能够判定表贴式永磁同步电机退磁程度的标准区间；
将所述退磁程度指标值与所述标准区间进行比较，评定电机退磁程度。
2.根据权利要求1所述的一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，其特征在于，获取表贴式永磁同步电机的定子电流波形，包括：
通过电流传感器和数据处理技术获取表贴式永磁同步电机的定子电流数据；
根据所述定子电流数据，获取表贴式永磁同步电机的定子电流波形。
3.根据权利要求1所述的一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，其特征在于，对所述电机定子电流波形进行傅里叶分解，计算所述定子电流波形的主要阶次及对应的幅值，包括：
对所述定子电流波形做傅里叶变换，测算得到的定子电流波形的主要阶次0.75pf、pf和2pf，f为电机转子旋转频率，单位Hz，p为永磁同步电机的极对数，对应幅值为A0.75,j，A1,j，A2,j，j＝1,2...k，k为永磁同步电机的相数。
4.根据权利要求3所述的一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，其特征在于，将所述定子电流波形的主要阶次对应的幅值代入退磁程度指标的计算模型中，获得退磁程度指标值，包括：
将所述定子电流波形中的主要阶次0.75pf、pf和2pf对应的幅值A0.75,j，A1,j，A2,j代入公式(1)的退磁程度指标的计算模型中，获得退磁程度指标值H；
Figure FDA0002860802040000021
5.根据权利要求4所述的一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，其特征在于，获取能够判定表贴式永磁同步电机退磁程度的标准区间，包括：
根据无故障以及具有严重退磁故障电机定子电流波形中的主要阶次及对应的幅值，计算得到能够判定表贴式永磁同步电机退磁程度的标准区间，其中所述严重退磁为退磁至电机无法正常工作。
6.根据权利要求5所述的一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，其特征在于，根据无故障以及具有严重退磁故障电机定子电流波形中的主要阶次及对应的幅值，计算得到能够判定表贴式永磁同步电机退磁程度的标准区间，包括：
获取n个无故障永磁同步电机的无退磁故障表征指标值Fi(i＝1,2,…n)；
通过公式(2)计算，获取n个健康状态表征指标值Fi的均值
Figure FDA0002860802040000022
Figure FDA0002860802040000023
通过公式(3)计算，获取n个健康状态表征指标值Fi的标准差s；
Figure FDA0002860802040000024
通过公式(4)计算，获取判定表贴式永磁同步电机无退磁故障的标准值HI；
Figure FDA0002860802040000025
获取m个具有严重退磁故障的电机的无退磁故障表征指标值Hj(j＝1,2,…m)；
通过公式(5)计算，获取m个指标值Hj的均值HF；
Figure FDA0002860802040000031
获取判定表贴式永磁同步电机退磁程度的标准区间(HI,HF]。
7.一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取表贴式永磁同步电机的定子电流波形；
第一计算模块，用于对所述定子电流波形进行傅里叶分解，计算所述定子电流波形的主要阶次及对应的幅值；
第二计算模块，用于将所述定子电流波形的主要阶次对应的幅值代入退磁程度指标的计算模型中，获得退磁程度指标值；
第二获取模块，用于获取能够判定表贴式永磁同步退磁程度的标准区间；
比较评价模块，用于将所述退磁程度指标值与所述标准区间进行比较，评定电机退磁程度。
8.根据权利要求7所述的一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，其特征在于，对所述电机定子电流波形进行傅里叶分解，计算所述定子电流波形的主要阶次及对应的幅值，包括：
对所述定子电流波形做傅里叶变换，测算得到的定子电流波形的主要阶次0.75pf、pf和2pf，f为电机转子旋转频率，单位Hz，p为永磁同步电机的极对数，对应幅值为A0.75,j，A1,j，A2,j，j＝1,2...k，k为永磁同步电机的相数。
9.根据权利要求8所述的一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，其特征在于，将所述定子电流波形的主要阶次对应的幅值代入退磁程度指标的计算模型中，获得退磁程度指标值，包括：
将所述定子电流波形中的主要阶次0.75pf、pf和2pf对应的幅值A0.75,j，A1,j，A2,j代入公式(1)的退磁程度指标的计算模型中，获得退磁程度指标值H；
Figure FDA0002860802040000041
10.根据权利要求7所述的一种表贴式永磁同步电机退磁程度评价方法，其特征在于，获取能够判定表贴式永磁同步电机退磁程度的标准区间，包括：
获取n个无故障永磁同步电机的无退磁故障表征指标值Fi(i＝1,2,…n)；
通过公式(2)计算，获取n个健康状态表征指标值Fi的均值
Figure FDA0002860802040000042
Figure FDA0002860802040000043
通过公式(3)计算，获取n个健康状态表征指标值Fi的标准差s；
Figure FDA0002860802040000044
通过公式(4)计算，获取判定表贴式永磁同步电机无退磁故障的标准值HI；
Figure FDA0002860802040000045
获取m个具有严重退磁故障的电机的无退磁故障表征指标值Hj(j＝1,2,…m)，其中所述严重退磁为退磁至电机无法正常工作
通过公式(5)计算，获取m个指标值Hj的均值HF；
Figure FDA0002860802040000046
获取判定表贴式永磁同步电机退磁程度的标准区间(HI,HF]。
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