一种永磁同步电机故障预警方法及装置与流程

本发明涉及电机故障诊断与预测，特别涉及一种永磁同步电机故障预警方法及装置。

背景技术：

1、永磁同步电机被广泛应用于电动汽车(新能源汽车)的驱动电机。车辆在行驶过程中，电动汽车的驱动电机若发生故障，可能造成车毁人亡。通过监测驱动电机的运行状态，并进行故障预警，有助于采取措施阻止事故发生，提高电动汽车的可靠性和安全性。

2、电机故障预警可分为基于预测模型的预测法和比较法。基于预测模型的预测法，即先通过分析电流波形的时域、频域指标，振动波形的时域、频域指标以及物理参数等随电机性能退化的变化规律，建立电机的故障预测数学模型，然后将监测的数据代入预测模型，预测故障发生时间。基于预测模型的预测法的建模以及求解过程复杂，对硬件的计算能力和速度要求高，难以用于在线故障预警，尤其是在电动汽车应用领域。比较法是通过将测得的电机的振动、的电流等数据的时域指标(如峰值、有效值、峭度)或电机物理参数(如绕组、电感)与给定的标准界限进行比较，若实测指标超过标准界限则发出故障预警。相比较而言，比较法所涉及的计算简单，对硬件的要求低，适用在线预故障预警。然而，目前的比较方法只适用电机已发生故障或性能已经严重退化的情景，难以用于电机状态在线监测和故障预警。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种永磁同步电机故障预警方法及装置，以解决如何对永磁同步电机进行故障预警的技术难题，尤其是电动汽用永磁同步电机的故障预警问题。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种永磁同步电机故障预测方法，包括：

3、获取永磁同步电机的定子电流波形；

4、对所述电流波形进行统计分析，计算所述定子电流波形的表征参数；

5、将所述定子电流波形表征参数代入电机性能退化指标计算模型中，获得电机性能退化指标值；

6、获取电机故障预警标准指标值；

7、将所述性能退化指标值与所述标准指标值进行比较，评定电机当前的状态，判定是否发出故障预警。

8、进一步地，获取永磁同步电机定子电流波形，包括：

9、通过电流传感器和数据处理技术获取永磁同步电机的定子电流数据；

10、根据所述定子电流数据，获取永磁同步电机的定子电流正弦波形。

11、进一步地，对所述定子电流进行统计分析，计算所述定子电流波形的表征参数，具体包括：

12、1)获取电机连续运行n转期间的q相定子电流数据，n,q为正整数；每一相定子电流数据包含m个定子电流正弦波形，m＝n×p，p＝1,2,3…,为永磁同步电机的极对数；每一个定子电流正弦波形包含nj，k个电流数据ij，k，l，j,k，nj，k为正整数，l＝1,2,…,nj，k,k＝1,2,…,m,j＝1,2,…,q，代表电机的第j相电流；

13、2)计算定子电流正弦波的有效值rj，k，计算方法如公式(1)所示；

14、

15、3)计算定子电流正弦波的方根赋值wj，k，计算方法如公式(2)所示。

16、

17、4)对第j相定子电流，第k个电流正弦波形所包含的nj，k个电流数据ij，k，l进行预处理，并获取ij，k，l，预处理计算方法如公式(3)所示。

18、

19、5)计算预处理后的第j相定子电流，第k个电流正弦波形电流数据ij，k，l之中的最大值与最小值的差值，计算方法如公式(4)所示。

20、

21、6)计算第j相定子电流，第k个电流正弦波形的表征参数，计算方法如公式(5)所示。

22、

23、7)计算第j相定子电流正弦波形表征参数的均值ej和标准差vj,计算方法如公式(6)所示。

24、

25、进一步地，计算电机的性能退化指标值hi,具体包括：

26、1)计算电机的性能指标值h，计算方法如公式(7)所示。

27、

28、2)计算电机的性能退化指标值hi，计算方法如公式(8)所示,公式中h0为电机的初始性能指标值，h为在线监测的性能指标值。

29、

30、进一步地，获取电机的故障预警标准指标值，包括：

31、1)获取电机性能处于严重退化状态下的定子电流数据，并通过公式(1)-(7)计算，获取严重退化状态下的性能指标

32、2)通过公式(9)计算，获取永磁同步电机的故障预警标准指标值公式(9)中s≥1，为安全系数；

33、

34、根据本发明实施例的第二方面，提供一种永磁同步电机故障预警装置，包括：

35、第一获取模块，用于获取永磁同步电机的定子电流波形；

36、第一计算模块，用于对所述电流波形进行统计分析，计算所述电流波形的表征参数；

37、第二计算模块，用于将所述电流波形的表征参数代入电机性能退化指标计算模型中，获得电机性能退化指标值；

38、第二获取模块，用于获取故障预警标准指标值；

39、比较评价模块，用于将所述状态指标值与所述标准值进行比较，评定电机当前的状态。

40、根据以上技术方案，本发明实施例的电机状态指标考虑了定子绕组退化、驱动器igbt性能退化、轴承磨损等因素，为准确评价电机的状态奠定了基础。通过实验对本文提出的方法的有效性进行验证。

41、本发明的有益效果如下：

42、本发明提供一种永磁同步电机故障预警方法及装置，可用于电动汽车的驱动电机运行状态在线监测，并进行故障预警，有助于避免事故发生，提高电动汽车的可靠性和安全性；也用用于其他工业设备用永磁同步电机的运行状态在线监测，降低因电机故障造成的停机停产风险。

43、永磁同步电机被广泛应用于电动汽车(新能源汽车)的驱动电机。车辆在行驶过程中，电动汽车的驱动电机若发生故障，可能造成车毁人亡。通过监测驱动电机的运行状态，并进行故障预警，有助于采取措施阻止事故发生，提高电动汽车的可靠性和安全性。

技术特征：

1.一种永磁同步电机故障预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机故障预警方法，其特征在于，获取表贴式永磁同步电机轴承的电流波形，包括：

3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机故障预警方法，其特征在于，对所述电流波形进行统计分析，计算所述电流波形的表征参数，包括：

4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机故障预警方法，其特征在于，将所述电流波形的表征参数代入电机的性能退化指标计算模型中，获得性能退化指标值，包括：

5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机故障预警方法，其特征在于，获取电机处于故障预警标准指标值，包括：

6.一种永磁同步电机故障预警装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供了一种永磁同步电机故障预警方法及装置，包括：获取永磁同步电机的定子电流波形；对所述定子电流波形进行统计分析，计算所述电流波形的表征参数；将所述电流波形的表征参数代入电机状态指标计算模型中，获得电机的性能能退退化指标；获取电机的故障预警标准指标值；将所述性能退化指标值与所述标准指标值进行比较，评定电机当前的状态。该方法有助于监测永磁同步电机在实际工况下的性能退化程度以及根据其变化进行故障预警。

技术研发人员：贺青川,李威霖,陈锋,潘骏,张众杰,刘婷,王恪聿,赵天舒
受保护的技术使用者：浙江方圆检测集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15