真空环境下运行的永磁同步电机监测装置及故障诊断方法与流程

本发明涉及永磁同步电机在线监测装置及故障诊断方法，尤其涉及真空环境下运行的永磁同步电机监测装置及故障诊断方法，属于真空环境下电机监测。

背景技术：

1、永磁同步电机（pmsm）是一种高效、可靠、低噪声、低维护的电机，具有广泛的应用前景。在真空环境下，永磁同步电机可以应用于航天器、卫星、空间站等设备的推进、姿态控制、能源转换等。然而，由于真空环境的特殊性，永磁同步电机在真空环境下运行容易出现散热、润滑、放电、振动和噪声等方面的故障问题，造成设备长时间停机，轻者严重影响生产效率，重则造成重大生命财产损失。

2、现有技术中，公开(公告)号为cn112285554a的专利文件中公开了电机故障诊断领域中的基于信息融合的永磁同步电机退磁故障诊断方法与装置，转矩传感器、n个加速度传感器采集实验电机在不同退磁程度下的转矩和振动信号并输入数据采集卡，数据采集卡将转矩信号和振动信号进行去燥处理并将模拟信号转换为数字信号后上传到上位机，上位机计算得到不同退磁程度情况下对应的转矩信号平均值和振动信号平均值，将转矩信号平均值、振动信号平均值作为bp神经网络的输入，将对应的退磁程度作为bp神经网络的输出，构建bp神经网络诊断模型；其利用径向电磁力产生的振动信号和切向电磁力产生的转矩信号具有互补特性，将转矩信号和振动信号的特征信息融合实现电机退磁故障诊断，提高了退磁故障诊断的精确度，但其并不适用于在真空环境的永磁同步电机故障监测。

3、因此，亟需一种永磁同步电机在真空环境下运行的异常状态的监测装置及诊断方法。

技术实现思路

1、在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

2、鉴于此，为解决现有技术中传统的永磁同步电机监测装置不适用于真空环境的问题，本发明提供真空环境下运行的永磁同步电机监测装置及故障诊断方法。

3、技术方案一如下：真空环境下运行的永磁同步电机监测装置，包括真空罐、电信号采集装置、电机驱动装置、电源和计算机；

4、所述真空罐用于为永磁同步电机提供真空环境；

5、所述电信号采集装置与永磁同步电机连接，用于测量永磁同步电机的电信号，电信号采集装置与计算机连接，用于将测量的电信号数据上传至计算机，计算机具备数据处理功能；

6、所述电机驱动装置通过电信号采集装置与永磁同步电机连接，用于控制永磁同步电机的启停、转速和转矩；

7、所述电源与电机驱动装置连接，用于为在线监测装置供电。

8、进一步地，所述真空罐上设置有排气管道和密封盖板，真空罐上开设有出线孔，出线孔与真空罐进行密封处理。

9、技术方案二如下：真空环境下运行的永磁同步电机故障诊断方法，采用技术方案一所述的真空环境下运行的永磁同步电机监测装置采集数据，包括以下步骤：

10、s1.配置真空环境进行样本准备，根据故障诊断的目标通过电信号采集装置采集所需的数据，确定采集的时间间隔和持续时间，建立包括各种故障类型的电机运行数据的故障样本库；

11、具体的：采集的数据包括三相电压、三相电流、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、频率和谐波，每种故障类型的电机运行数据包含正常运行数据和对应故障的数据，故障类型包括电机匝间短路、电机退磁和三相不平衡；

12、s2.对电信号采集装置采集的数据进行预处理，减少噪声和冗余信息；

13、s3.对预处理后的数据进行特征提取，采用信号处理和频谱分析方法提取特征参数；

14、具体的：特征参数包括频率特征、谐波特征和能量特征；

15、s4.根据特征参数和故障样本建立故障模式库，采用多分类支持向量机算法对采集的实时数据进行故障识别和判断，通过求解超平面，得到故障识别结果，通过比较新数据的特征与故障模式库中数据的特征，判断出永磁同步电机故障类型和故障程度评估结果。

16、进一步地，所述s2中，将采集的所有维度的数据缩放到[0，1]范围，并对其进行标准化，使每个维度的数据均值为0，方差为1，对存在缺失值的数据进行删除或插值处理，对存在离群值的数据进行删除或修正处理。

17、进一步地，所述s4中，采用一对一转化方法将原始的多故障分类问题转化为若干个二分类问题，对每个二分类问题，使用多分类支持向量机算法通过优化目标函数求解出一个损失最小且复杂度最低的超平面，对于一个新的实时数据样本，将其输入到每个二分类问题的超平面中，得到多个预测结果，综合各个预测结果，得到最终的故障识别结果。

18、本发明的有益效果如下：本发明利用计算机结合多分类支持向量机算法对海量的电机运行数据进行挖掘和分析，结合提取的故障特征判断出永磁同步电机的故障类型和故障程度，从而实现故障的早期发现和预警，避免故障的恶化和扩大；本发明无需在被测电机上加装传感器，无需改变永磁同步电机结构，实现上较为简单便捷；本发明真空罐的密封盖板上开设有出线孔，出线孔与真空罐进行密封处理，在电力传输的基础上保障了真空罐密封效果；使用过程中电信号采集装置和计算机自动收集并处理永磁同步电机的运行数据，避免了对人工诊断故障的依赖，实现了对在真空环境下运行的永磁同步电机异常状态的监测和故障诊断，提高了故障诊断和预测的效率以及准确性。

技术特征：

1.真空环境下运行的永磁同步电机监测装置，其特征在于，包括真空罐（1）、电信号采集装置（3）、电机驱动装置（4）、电源（5）和计算机（6）；

2.根据权利要求1所述的真空环境下运行的永磁同步电机监测装置，其特征在于，所述真空罐（1）设置有排气管道和密封盖板，真空罐（1）上开设有出线孔，出线孔与真空罐（1）进行密封处理。

3.真空环境下运行的永磁同步电机故障诊断方法，其特征在于，采用权利要求1所述的真空环境下运行的永磁同步电机监测装置采集数据，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的真空环境下运行的永磁同步电机故障诊断方法，其特征在于，所述s2中，将采集的所有维度的数据缩放到[0，1]范围，并对其进行标准化，使每个维度的数据均值为0，方差为1，对存在缺失值的数据进行删除或插值处理，对存在离群值的数据进行删除或修正处理。

5.根据权利要求4所述的真空环境下运行的永磁同步电机故障诊断方法，其特征在于，所述s4中，采用一对一转化方法将原始的多故障分类问题转化为若干个二分类问题，对每个二分类问题，使用多分类支持向量机算法通过优化目标函数求解出一个损失最小且复杂度最低的超平面，对于一个新的实时数据样本，将其输入到每个二分类问题的超平面中，得到多个预测结果，综合各个预测结果，得到最终的故障识别结果。

技术总结
本发明公开了真空环境下运行的永磁同步电机监测装置及故障诊断方法，属于真空环境下电机监测技术领域。解决了现有技术中传统的永磁同步电机监测装置不适用于真空环境的问题；本发明真空罐可以为永磁同步电机提供真空环境，且真空罐设置有配置密封装置的出线孔，在电力传输的基础上保障了密封效果，采用电信号采集装置采集永磁同步电机的运行数据，利用计算机结合多分类支持向量机算法对海量的电机运行数据进行挖掘和分析，结合提取的故障特征判断出永磁同步电机的故障类型和故障程度。本发明实现了对在真空环境下运行的永磁同步电机异常状态的监测和故障诊断，避免了对人工诊断故障的依赖，可以应用于监测真空环境下运行的永磁同步电机。

技术研发人员：尹忠奇,李强,程林,赵鑫
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15