电机故障的诊断方法

技术领域

本发明涉及电机领域，特别涉及一种电机故障的诊断方法。

背景技术

通常而言，电机的主要作用是产生驱动扭矩，作为用电器件或各种机械的动力源。常用的电机例如包括永磁同步电机。

目前，永磁同步电机的驱动控制中，受转子偏移角、磁链、定子电感、三相电流等的影响非常明显，因此，对转子偏移角、磁链、定子电感的故障诊断尤其重要。在现行的电机的故障诊断策略中，会分别对转子偏移角和三相电流合理性等进行诊断，然而这些诊断策略只有当诊断对象已经对电机的性能造成较大影响之后，才会产生故障响应。

然而，当诊断对象的参数值已经存在偏差，但是对电机的性能未造成较大影响时，则无法发现问题隐患，从而不具有预测性诊断的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机故障的诊断方法，以解决现有的诊断测策略中无法及时便捷的诊断出电机是否存在故障。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电机故障的诊断方法，包括：

获取电机的d轴电压的理论值和q轴电压的理论值，以及检测所述电机的d轴电压的实际值和q轴电压的实际值；

比对所述电机的d轴电压的实际值和理论值，以得到d轴电压的偏差值，比对q轴电压的实际值和理论值，以得到q轴电压的偏差值；以及，

根据所述电机的d轴电压的偏差值和q轴电压的偏差值，诊断电机是否存在故障。

可选的，根据所述电机的d轴电压的偏差值和q轴电压的偏差值，诊断电机是否存在故障的方法包括：当d轴电压的偏差值超出可容许偏差范围，以及q轴电压的偏差值在可容许偏差范围内，则诊断为所述电机的q轴电感存在故障。

可选的，诊断所述电机的q轴电感存在故障的方法还包括：

当d轴电压的偏差值正向超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的q轴电感的实际值相对于理论值偏小；

当d轴电压的偏差值负向超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的q轴电感的实际值相对于理论值偏大。

可选的，所述电机的d轴电压符合如下所示的d轴电压方程：

U

其中，U

R

I

I

ω

Lq为q轴电感。

可选的，当诊断所述电机的q轴电感存在故障时，所述诊断方法还包括：根据所述d轴电压方程，得到d轴电压关于q轴电感的偏差方程，并利用所述d轴电压关于q轴电感的偏差方程计算出q轴电感的实际值相对于理论值的偏差量；其中，所述d轴电压关于q轴电感的偏差方程如下；

U

其中，U

L

L

可选的，根据所述电机的d轴电压的偏差值和q轴电压的偏差值，诊断电机是否存在故障的方法包括：当d轴电压的偏差值在可容许偏差范围内，以及q轴电压的偏差值超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的磁链存在故障。

可选的，诊断所述电机的磁链存在故障的方法还包括：

当q轴电压的偏差值正向超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的磁链的实际值相对于理论值偏大；

当q轴电压的偏差值负向超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的磁链的实际值相对于理论值偏小。

可选的，所述电机的q轴电压符合如下所示的q轴电压方程：

其中，U

R

I

I

ω

Ld为d轴电感。

可选的，当诊断所述电机的磁链存在故障时，所述诊断方法还包括：

根据所述q轴电压方程，得到q轴电压关于磁链的偏差方程，并利用所述q轴电压关于磁链的偏差方程计算出磁链的实际值相对于理论值的偏差量；其中，所述q轴电压关于磁链的偏差方程如下：

其中，U

可选的，根据所述电机的d轴电压的偏差值和q轴电压的偏差值，诊断电机是否存在故障的方法包括：当d轴电压的偏差值和q轴电压的偏差值均超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的偏移角存在故障。

可选的，诊断所述电机的偏移角存在故障的方法还包括：

当d轴电压的偏差值正向超出可容许偏差范围，q轴电压的偏差值负向超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的偏移角的实际值相对于理论值偏大；

当d轴电压的偏差值负向超出可容许偏差范围，q轴电压的偏差值正向超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的偏移角的实际值相对于理论值偏小。

可选的，当诊断所述电机的磁链存在故障时，所述诊断方法还包括：根据d轴电压关于偏移角的偏差方程，以及q轴电压关于偏移角的偏差方程，计算出偏移角的实际值相对于理论值的偏差量；

其中，所述d轴电压关于偏移角的偏差方程如下：

以及，所述q轴电压关于偏移角的偏差方程如下：

其中，U

U

I

ω

Ld为d轴电感；

Lq为q轴电感；

β为偏移角的理论值；

Δθ为偏移角的实际值相对于理论值的偏差量，并且，sinβ和cosβ均位于第二象限上。

可选的，诊断电机是否存在故障的方法还包括：

获取电机的扭矩的理论值和实际值，并比对所述电机的扭矩的理论值和实际值，以得到扭矩的偏差值；以及，

当d轴电压的偏差值和扭矩的偏差值分别以相反方向超出可容许偏差范围，并且q轴电压的偏差值未超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的q轴电感存在故障；

当q轴电压的偏差值和扭矩的偏差值均以相同方向超出可容许偏差范围，并且d轴电压的偏差值未超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的磁链存在故障；

当q轴电压的偏差值和d轴电压的偏差值分别以相反方向超出可容许偏差范围，并且扭矩的偏差值负向超出可容许偏差范围，则诊断为所述电机的偏移角存在故障。

可选的，当诊断为所述电机的q轴电感存在故障时，还包括：

当扭矩的偏差值负向超出可容许偏差范围时，则诊断为所述电机的q轴电感的实际值相对于理论值偏小；

当扭矩的偏差值正向超出可容许偏差范围时，则诊断为所述电机的q轴电感的实际值相对于理论值偏大。

可选的，当诊断为所述电机的磁链存在故障时，还包括：

当扭矩的偏差值负向超出可容许偏差范围时，则诊断为所述电机的q轴电感的实际值相对于理论值偏小；

当扭矩的偏差值正向超出可容许偏差范围时，则诊断为所述电机的q轴电感的实际值相对于理论值偏大。

可选的，所述电机的扭矩符合如下所示的扭矩方程：

其中，T

P为电机极对数

I

I

L

L

可选的，当诊断所述电机的q轴电感存在故障时，所述诊断方法还包括：根据所述扭矩方程，得到扭矩关于q轴电感的偏差方程，并利用所述扭矩关于q轴电感的偏差方程计算出q轴电感的实际值相对于理论值的偏差量；其中，所述扭矩关于q轴电感的偏差方程如下：

其中，T

Lq

Lq

可选的，当诊断所述电机的磁链存在故障时，所述诊断方法还包括：根据所述扭矩方程，得到扭矩关于磁链的偏差方程，并利用所述扭矩关于磁链的偏差方程计算出磁链的实际值相对于理论值的偏差量；其中，所述扭矩关于磁链的偏差方程如下：

其中，T

在本发明提供的电机故障的诊断方法中，可以根据d轴电压其实际值相对于理论值的偏差值和q轴电压其实际值相对于理论值的偏差值直接推断出电机是否存在故障。本发明提供的诊断方法简单便捷，能够及时地监控出电机的当前状况，进而可以在电机的性能仅出现轻微的偏差时，即能够预测性的诊断出电机的问题隐患，及时的对电机的性能进行调整。

进一步的，还可以根据d轴电压的偏差方向和q轴电压的偏差方向，进一步推断出电机中存在故障的诊断对象。换言之，针对多个诊断对象而言，可以利用d轴电压的偏差方向和q轴电压的偏差方向，一一排除不存在故障的诊断对象，并推断出存在故障的诊断对象。如此，即能够针对存在故障的诊断对象有针对性的进行调整，提高对电机故障的修复效率。

附图说明

图1为本发明一实施例中的电机故障的诊断方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例中的电机故障的诊断方法中对诊断对象的诊断过程的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电机故障的诊断方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1为本发明一实施例中的电机故障的诊断方法的流程示意图，以下结合附图对本实施例中的电机故障的诊断方法进行详细说明。以及，本实施例中的电机例如为永磁同步电机。

在步骤S100中，获取电机的d轴电压的理论值和q轴电压的理论值，以及检测所述电机的d轴电压的实际值和q轴电压的实际值。

在步骤S200中，比对所述电机的d轴电压的理论值和实际值，以得到d轴电压的偏差值U

本申请的发明人经过大量的研究和实验后发现，通过比对理论值和实际值，以获得电机的d轴电压其实际值相对于理论值的偏差值U

在步骤S300中，根据所述电机的d轴电压的偏差值U

具体的，例如可以针对d轴电压预设可容许偏差范围[-Udx，Udx]，针对q轴电压预设可容许偏差范围[-Uqx，Uqx]，并判断d轴电压的偏差值U

图2为本发明一实施例中的电机故障的诊断方法中对诊断对象的诊断过程的流程示意图。结合附图2所示，在具体的实施例中，根据所述电机的d轴电压的偏差值U

当d轴电压的偏差值U

当d轴电压的偏差值U

当d轴电压的偏差值U

即，本实施例中，通过确认d轴电压是否存在偏差以及q轴电压是否存在偏差，如此即能够推断出电机中存在故障的诊断对象，从而可基于电机的故障诊断对象及时进行调整，保障电机的正常运行。并且，如上所述的电机故障的诊断过程，不仅诊断方式简单，并且诊断过程所需要花费的时间较短，从而能够及时的检测出所述电机的当前状态。

进一步的方案中，在根据如上所述的诊断方法初步推断出存在故障的诊断对象之后，还可以包括：确认出d轴电压的实际值相对于理论值为正向偏差或是负向偏差，以及确认出q轴电压的实际值相对于理论值为正向偏差或是负向偏差，从而可以在诊断出电机的故障诊断对象的基础上，进一步推断出存在故障的诊断对象其实际值相对于理论值为偏大或者偏小。基于此，即可以针对性的对电机的故障诊断对象进行调整。

具体的，在诊断出电机的q轴电感出现故障时，还包括：进一步确认d轴电压的偏差值U

其中，当d轴电压的偏差值U

或者，当d轴电压的偏差值U

以及，在诊断出电机的磁链出现故障时，还包括：进一步确认q轴电压的偏差值U

其中，当q轴电压的偏差值U

或者，当q轴电压的偏差值U

以及，在诊断出电机的偏移角出现故障时，还包括：进一步确认d轴电压的偏差值U

其中，当d轴电压的偏差值正向超出可容许偏差范围(即，U

或者，当d轴电压的偏差值负向超出可容许偏差范围(即，U

由此，即可以在获知电机中存在故障的诊断对象的情况下，进一步知晓故障诊断对象的具体偏差方向，有利于对故障诊断对象的进一步调整。

本实施例中，基于如上所述的诊断过程，汇总如表1所示的对照表。

表1

表1中，“━”表示：实际值相对于理论值的差值在可容许偏差范围内；

“↓”表示：实际值相对于理论值偏小并且差值超出可容许偏差范围；

“↑”表示：实际值相对于理论值偏大并且差值超出可容许偏差范围。

具体参考表1所示：

项目1中：-Udx≤U

项目2中：-Udx≤U

项目3中：U

项目4中：U

项目5中：U

项目6中：U

需要说明的是，通常情况下电机不会同时出现两种或两种以上的故障。即，电机通常不会同时出现磁链故障和q轴电感故障，或者说，电机同时出现磁链故障和q轴电感故障的概率极低甚至为0。因此，当d轴电压和q轴电压同时出现偏差时，则可以不考虑电机同时出现磁链故障和q轴电感故障的可能性，而可以诊断为电机的偏移角存在故障。

此外，如上所述的电机故障的诊断方法中，例如可以从d轴电压方程和q轴电压方程进行推导论证。即，可利用d轴电压方程和q轴电压方程，进一步印证如上所述的电机故障的诊断方法的理论依据。

具体而言，所述电机的d轴电压例如符合如下所示的d轴电压方程，所述d轴电压方程(1)例如为：

U

其中，U

R

I

I

ω

Lq为q轴电感。

基于d轴电压方程，则可以进一步得到d轴电压其实际值和理论值的偏差方程(2)如下：

U

其中，U

I

I

I

I

L

L

以及，所述电机的q轴电压例如符合如下所示的q轴电压方程，所述q轴电压方程(3)例如为：

其中，U

R

I

I

ω

L

基于q轴电压方程，则可以进一步得到q轴电压的实际值和理论值的偏差方程(4)如下：

结合如上所述的d轴电压方程(1)和q轴电压方程(3)可知，当d轴电压的实际值相对于理论值的偏差值在可容许偏差范围内(即，│U

需要说明的是，本申请的发明人经过大量的研究和实验后发现，即使d轴电感Ld存在偏差时，仍然不会对q轴电压造成较大的影响。例如，以一具体的实验数据为例进行说明，当d轴电感Ld存在10％的偏差时，此时对q轴电压的影响仅为0.251。然而，当q轴电感Lq存在10％的偏差时，则对d轴电压的影响可达到1.509；当磁链

由此可见，相比于电机的其他诊断对象(例如，q轴电感、磁链和转子偏移角)而言，d轴电感Ld的变化量对于q轴的电压的影响是很微量的，因此，可以不考虑d轴电感Ld的变化。

基于此，则q轴电压的偏差方程(5)可以进一步简化为(6)，即：

由此可见，结合d轴电压方程(1)和q轴电压方程(3)，可以推断出：当d轴电压的偏差值在可容许偏差范围内时，则q轴电压的偏差方程即可以简化为q轴电压关于磁链

此时，即相应的验证了如上所述的，当d轴电压的偏差值在可容许偏差范围内(即，│U

进一步的，在诊断出所述电机的磁链

继续结合如上所述的d轴电压方程(1)和q轴电压方程(3)可知，当q轴电压的实际值相对于理论值的偏差值在可容许偏差范围内(即，│U

U

由此可见，结合d轴电压方程(1)和q轴电压方程(3)，可以推断出：当q轴电压的偏差值在可容许偏差范围内时，则d轴电压的偏差方程即可以简化为d轴电压关于q轴电感Lq的偏差方程(7)。

此时，即相应的验证了如上所述的，当q轴电压的偏差值在可容许偏差范围内(即，│U

进一步的，在诊断出所述电机的q轴电感Lq存在故障之后，还可以利用d轴电压关于q轴电感Lq的偏差方程(7)，进一步计算出q轴电感Lq的实际值相对于理论值的偏差量。

此外，针对d轴电流Id和q轴电流Iq而言，其与定子电流Is之间，具有如下关系：

基于此，则当转子偏移角存在偏差时，例如偏移的角度为Δθ，则偏移后的d轴电流方程和q轴电流方程如下：

由此，则结合如上所示的d轴电流方程和q轴电流方程，即可以将d轴电压的偏差方程(2)，进一步换算为：

以及，将q轴电压的偏差方程(4)，进一步换算为：

需要说明的是，在电机中，定子电阻Rs的数值通常很小(例如，部分电机的定子电阻Rs的值仅为0.00628欧姆)，以及在电机正常运行工况下，q轴电压的偏差方程也主要是由ωr*Lq这一单元项所决定的，基于此，即可以忽略Rs的单元项。

因此，d轴电压的偏差方程和q轴电压的偏差方程，还可以进一步简化为d轴电压关于偏移角的偏差方程(8)以及q轴电压关于偏移角的偏差方程(9)，即：

应当认识到，基于电机中的转子偏移角的范围限制，一般电机运行处于电动工况下，因此sinβ和cosβ可认为都是介于第二象限，相应的，当偏移角存在偏差时，则sin(β+△θ)以及cos(β+△θ)也都是位于第二象限上。

基于此，结合d轴电压关于偏移角的偏差方程(8)和q轴电压关于偏移角的偏差方程(9)，可以推断出：当d轴电压的偏差值正向超出可容许偏差范围(即，U

进一步的，在诊断出所述电机的转子偏移角存在故障之后，还可以利用d轴电压关于偏移角的偏差方程(8)或者q轴电压关于偏移角的偏差方程(9)，进一步计算出偏移角的实际值相对于理论值的具体偏差量(即，计算出△θ)。

在可选的方案中，还可结合电机的扭矩的偏差量，进一步对电机中的诊断对象进行诊断。例如，在根据d轴电压的偏差量U

因此，在电机故障的诊断方法中还包括：获取电机的扭矩的理论值和实际值，并比对所述电机的扭矩的理论值和实际值，以得到扭矩的偏差值T

其中，当d轴电压的偏差值U

进一步的，在诊断出电机的q轴电感Lq存在故障的情况下，还可以利用扭矩的偏差值T

以及，当q轴电压的偏差值U

进一步的，在诊断出电机的磁链

此外，当q轴电压的偏差值U

结合如上所述的d轴电压的偏差方向、q轴电压的偏差方向以及扭矩的偏差方向，推断出电机中存在故障的诊断对象，具体可总结为如表2所示。

表2

进一步的，所述电机的扭矩例如符合如下所示的扭矩方程：

其中，T为扭矩；

P为电机极对数；

I

I

L

L

以及，在初步推断出电机存在故障的诊断对象之后，则还可以根据扭矩方程(10)，进一步得出扭矩的偏差方程。

具体的，当d轴电压的实际值相对于理论值的偏差值在可容许偏差范围内(即，│U

可见，根据如上所示的扭矩关于磁链的偏差方程(11)，也可以进一步验证出：当d轴电压的偏差值U

以及，当q轴电压的实际值相对于理论值的偏差值在可容许偏差范围内(即，│U

因此，根据如上所示的扭矩关于q轴电感的偏差方程(12)，也可以进一步验证出：当q轴电压的偏差值U

此外，当转子偏移角存在偏差时，则根据d轴电流方程、q轴电流方程以及扭矩方程(10)，即可以进一步得到扭矩关于偏移角的方程如下：

需要说明的是，电机的偏移角的获取方式通常是：使上述扭矩公式具有最大值，并直接对上述公式求导等于0，此时，即可以求出在扭矩最大值下的角度β，由此所得到的角度β即为电机的偏移角β。

因此，当发生偏移角偏差时，则所对应的扭矩一定不是扭矩最大值。即，无论偏移角为增加或者减小，所对应的扭矩值均较小。

综上所述，本实施例提供的电机故障的诊断方法中，利用d轴电压的偏差值和q轴电压的偏差值，可以直接诊断出电机是否存在故障。

进一步的，还可以结合d轴电压的偏差方向和q轴电压的偏差方向，推断出电机中存在故障的诊断对象。换言之，可以根据d轴电压的偏差方向和q轴电压的偏差方向，推断出电机中的诊断对象(所述诊断对象包括磁链、q轴电感和偏移角)是否存在故障。

更进一步的，在初步诊断出电机中存在故障的诊断对象之后，还能够进一步推断出该故障的诊断对象其参数值的偏差方向，以利于对存在故障的诊断对象进行针对性的调整。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。