一种永磁同步电机偏心诊断方法与流程

本发明涉及电机诊断领域，尤其是涉及一种永磁同步电机偏心诊断方法。

背景技术：

永磁同步电机被广泛地应用于工业中。永磁同步电机与其他的电磁激励电机相比，具有更大得转矩，更高的输出密度，更好的动态性能，并且结构简单容易维修保养。在永磁同步电机的使用过程中，为了提高使用性能、增加使用寿命、降低使用成本，故障诊断显得尤为重要。

电机在制造装配过程中的误差、运行过程中受到的外力冲击、磨损以及定转子质量的不平衡等多种因素都会引起电机发生偏心，即电机的定子、转子和转轴三者不再同心。如图1所示。当转子与转轴同心但与定子不同心时，称为静态偏心，当转子与定子同心但与转轴不同心时，称为动态偏心，三者均不同心时，称为混合偏心。永磁同步电机发生偏心以后，会使得电磁力的谐波成分会增加、幅值也会增大，从而增大了电机发生共振的可能性，严重加剧了电机的电磁振动和噪声。

如果可以在永磁同步电机发生偏心故障的初期根据故障特征进行偏心故障的诊断，就能够提早对电机进行预防性的维护，避免了电机故障进一步的发展，从而可以提高电机的使用性能，延长电机的使用寿命。

现有文献和专利的偏心诊断对象多是感应电机，诊断信号有定子电流、气隙磁通密度、空载端部电压或者电抗等。例如专利CN 103217644 B中提出了一种针对感应电机的偏心诊断装置和方法，该方法通过测定电压和电流，计算感应电动机的电抗，进行偏心诊断。论文《基于PQ变换的感应电机转子偏心故障检测》指出偏心时气隙磁场将会额外增加旋转分量，通过测定偏心时的故障电流可以进行偏心诊断。然而由于电流、电压信号随偏心量增加变化较小，易导致误差较大，并且上述方法只能诊断出偏心形式，不能获得具体的偏心量。因此研究一种简便的方法快速诊断出偏心形式，并且准确诊断出不同偏心形式下对应的偏心量是十分必要的。

本发明基于振动响应信号，不仅可以快速准确的识别出静态偏心、动态偏心和混合偏心，还可以诊断出具体的偏心量。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用范围广、诊断内容丰富的永磁同步电机偏心诊断方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种永磁同步电机偏心诊断方法，用以获取电机转子的偏心形式和偏心量，包括以下步骤：

1)对标准电机进行振动响应试验，选取监测点，获取不同偏心量不同频率下该监测点的静、动态偏心振动加速度数据；

2)采集待测电机在同一监测点下的振动响应信号，获取该振动监测点的振动加速度频谱；

3)根据振动加速度频谱判断振动响应信号是否存在额外的频率成分，若是，则进行步骤4)，若否，则进行步骤5)；

4)选择动态偏心诊断频率，并进行动态偏心诊断，获得动态偏心量，进入步骤5)；

5)在振动监测点的振动加速度频谱中选择静态偏心诊断频率，剔除该频率下的动态偏心引起的振动加速度数据和未偏心时原本存在的加速度的影响，获得静态偏心量。

所述的步骤4)中，具体包括以下步骤：

41)选择满足动态偏心诊断条件的动态偏心诊断频率；

42)获取在动态偏心诊断频率下待测电机在同一监测点的振动加速度幅值以及标准电机在同一监测点的动态偏心振动加速度数据；

43)通过插值法获取待测电机的动态偏心量。

所述的步骤41)中，动态偏心诊断条件同时满足以下条件：

A、该频率下的振动加速度有且仅由动态偏心引起；

B、该频率远离电机定子的模态频率；

C、该频率下的振动加速度随偏心量的变化幅值大于最大值的35％；

D、该频率下的振动加速度大小随着偏心量的增大呈现线性关系。

所述的步骤5)具体包括以下步骤：

51)选择满足静态偏心诊断条件的静态偏心诊断频率；

52)获取在静态偏心诊断频率下待测电机在同一监测点的振动加速度幅值、标准电机在静态偏心诊断频率下的动态偏心引起的振动加速度数据以及标准电机在静态偏心诊断频率下的静态偏心振动加速度数据和未偏心时的加速度值；

53)将静态偏心诊断频率下待测电机在同一监测点的振动加速度幅值剔除标准电机在静态偏心诊断频率下的动态偏心引起的振动加速度数据和标准电机在静态偏心诊断频率下未偏心时的加速度值；

54)根据剔除后的静态偏心诊断频率下待测电机的振动加速度幅值和标准电机在静态偏心诊断频率下的静态偏心振动加速度数据，通过插值法获取待测电机的静态偏心量

所述的步骤51)中，静态偏心诊断条件为：

A、该频率下的振动加速度大小受动态偏心的影响小；

B、该频率远离电机定子的模态频率；

C、该频率下的振动加速度随偏心量的变化幅值大于最大值的35％；

D、该频率下的振动加速度大小随着偏心量的增大呈现线性关系。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、适用范围广：本发明的偏心诊断方法可以应用于任何形式的用永磁同步电机上，通过振动响应信号可以方便快捷的进行诊断。

二、诊断内容丰富：本发明不仅可以诊断出偏心形式(静态偏心、动态偏心和混合偏心)，而且还可以诊断出具体的偏心量，当转子发生动态偏心时会产生额外的频率成分的振动加速度，因此可以根据监测点振动加速度频谱中是否出现额外的频率成分来初步判断是否出现动态偏心，如果加速度频谱上出现了额外的频率成分，那么则读取由动态偏心引起的某特定频率下的加速度幅值的大小，与动态偏心振动加速度数据源进行比对，即获得动态偏心量。

附图说明

图1是静态偏心和动态偏心示意图。

图2是振动响应信号测试台架示意图。

图3是永磁同步电机偏心诊断流程图。

图4是动态偏心不同偏心量下机壳表面同一点振动加速度频谱。

图5是静态偏心不同偏心量下机壳表面同一点振动加速度频谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

针对某型额定转速3600rpm的6极9槽永磁同步电机，进行了本发明的实施试验。

图2是用于测量振动响应信号的测试台架示意图，通过对标准电机进行振动响应试验，选取合适的监测点，建立不同偏心量下该监测点的静动态偏心振动加速度数据库；

对于具有未知偏心形式和偏心量的永磁同步电机，按照诊断流程图，如图3所示，首先测定其振动响应信号，首先判断振动响应信号是否存在额外的频率成分，存在则进行动态偏心诊断，不存在则直接进行静态偏心诊断。

动态偏心引起的振动加速度额外频率成分为360k±60Hz和360k±120Hz，其中360k±120Hz频率下的振动加速度幅值较小，故不予考虑。从图4所示的振动加速度频谱中来看，1500Hz、1920Hz和2220Hz处的振动加速度仅由动态偏心引起，且振动加速度的幅值较大，但是考虑到动态偏心的诊断频率需要远离模态频率，以减小外界因素给偏心诊断带来误差，而1920Hz非常接近电机定子的二阶模态频率，2220Hz非常接近电机定子的一阶模态频率，并且在1500Hz处的振动加速度幅值也随着偏心量呈近似线性增大，因此选择1500Hz为动态偏心诊断的频率。

将待诊断电机1500Hz下振动加速度与动态偏心振动加速度数据库进行比对，进行相应插值后得到具体的动态偏心量。

电机机壳表面同一点在静态偏心不同偏心量下的振动加速度频谱如图5所示，其在1080Hz、1440Hz、1800Hz和2160Hz处的振动加速度幅值较大，且受静态偏心量的变化明显。但是考虑到静态偏心的诊断频率需要远离模态频率，以减小外界因素给偏心诊断带来误差，1800Hz比较接近电机定子的二阶模态频率，2160Hz非常接近电机定子的一阶模态频率，而1080Hz相较于1440Hz更加远离电机定子模态，且1080Hz处的径向力波幅值随着静态偏心量的增大，呈现出非常好的线性关系，故选择1080Hz作为静态偏心的诊断频率。

在剔除动态偏心的影响之后，利用1080Hz下的振动加速度与静态偏心振动加速度数据库进行比对，得到静态偏心量。

与现有的诊断技术不同，本发明不仅可以诊断出具体的偏心形式，还可以得到不同偏心形式下对应的偏心量。