本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)變壓器故障診斷，具體涉及一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、永磁同步電機(jī)由于其高效率、高功率密度和寬速度范圍，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在車輛中。永磁同步電機(jī)的矢量控制需要高精度和高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)?？梢蕴峁┪恢眯盘?hào)的傳感器包括霍爾傳感器、編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。其中，旋轉(zhuǎn)變壓器在車輛應(yīng)用中具有更大的吸引力，在充滿振動(dòng)、灰塵、油污以及寬溫度變化的惡劣環(huán)境中具有更好的可靠性。

2、旋轉(zhuǎn)變壓器通?？煞譃閮深?，繞線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變壓器和可變磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器。繞線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁繞組位于轉(zhuǎn)子上，由勵(lì)磁電壓供電，而信號(hào)繞組位于定子上。盡管繞線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變壓器在理想情況下可以更準(zhǔn)確地計(jì)算位置，但由于定子和轉(zhuǎn)子都需要繞組，因此其制造耗時(shí)且昂貴。相比之下，磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器將勵(lì)磁繞組從轉(zhuǎn)子移動(dòng)到定子，降低了制造成本。磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子僅由堆疊的硅鋼片組成，具有特殊的轉(zhuǎn)子形狀，以確保氣隙能夠?yàn)楦袘?yīng)電壓提供正弦分量。因此，磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器通常以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)而被視為完美的選擇。

3、旋轉(zhuǎn)變壓器的精度對(duì)電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制非常重要。旋轉(zhuǎn)變壓器的位置誤差給電機(jī)帶來(lái)了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)和噪聲。盡管磁阻旋轉(zhuǎn)變壓器與其他旋轉(zhuǎn)變壓器相比具有更好的穩(wěn)定性，但位置誤差可能是由故障引起的。最有可能發(fā)生的故障是偏心。在偏心情況下，旋轉(zhuǎn)變壓器為驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)提供了不正確的位置信號(hào)，降低了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最終影響了電機(jī)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致額外的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和噪音。偏心可分為三類：靜態(tài)偏心、動(dòng)態(tài)偏心和混合偏心。當(dāng)靜態(tài)偏心發(fā)生時(shí)，不平衡的磁拉力會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)偏心的發(fā)生，進(jìn)而發(fā)展為混合偏心。

4、如果可以在旋轉(zhuǎn)變壓器發(fā)生偏心故障的初期根據(jù)故障特征進(jìn)行偏心故障的診斷，就能夠提早對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行預(yù)防性的維護(hù)，避免了旋轉(zhuǎn)變壓器故障進(jìn)一步的發(fā)展，從而可以提高旋轉(zhuǎn)變壓器與電機(jī)的使用性能，延長(zhǎng)使用壽命。

5、現(xiàn)有文獻(xiàn)和專利的偏心診斷對(duì)象多是繞線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變壓器，例如現(xiàn)有文獻(xiàn)《繞線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變壓器靜態(tài)偏心故障診斷》提出的診斷方法，該方法利用信號(hào)繞組輸出電壓，并且增設(shè)一個(gè)搜索線圈來(lái)確定旋轉(zhuǎn)變壓器偏心類型與偏心位置。然而由于繞線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變壓器與磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)不同，轉(zhuǎn)子的特殊形狀導(dǎo)致了偏心情況下氣隙的復(fù)雜性，所以該方法不可以應(yīng)用于磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。如現(xiàn)有文獻(xiàn)《帶偏心和匝間故障的兩類磁阻式變壓器健康與故障綜合分析》提出了一種通過(guò)等效磁路法建立的分析模型，但是該方法未能歸納輸出電壓額外頻率與旋轉(zhuǎn)變壓器參數(shù)之間的一般關(guān)系，所以不能作為磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心的診斷依據(jù)。因此研究一種簡(jiǎn)便的方法快速診斷出偏心形式是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于提供一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷方法和系統(tǒng)，以解決背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：

3、第一方面、本發(fā)明提出了一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷方法，所述方法包括如下步驟：

4、s1、在待測(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器固定轉(zhuǎn)速下，獲取兩相信號(hào)繞組的輸出電壓，對(duì)所述輸出電壓希爾伯特變換，得到其包絡(luò)；

5、s2、對(duì)所述輸出電壓的包絡(luò)進(jìn)行快速傅里葉變換，獲取待測(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓包絡(luò)的頻域特征；

6、s3、根據(jù)所述頻域特征與旋轉(zhuǎn)變壓器的預(yù)設(shè)參數(shù)，判斷旋轉(zhuǎn)變壓器是否發(fā)生偏心以及偏心類型。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述步驟s1包括：

8、s1.1、對(duì)所述輸出電壓進(jìn)行希爾伯特變換，獲取待測(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器兩相的上下包絡(luò)vs-up，vs-low，vc-up，vc-low；

9、s1.2、根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與極對(duì)數(shù)p，計(jì)算輸出電壓包絡(luò)的周期值t：

10、

11、s1.3、根據(jù)周期值的一半t/2，在設(shè)定位置切換上下包絡(luò)線，獲得輸出電壓包絡(luò)es，以vs幅值過(guò)零點(diǎn)作為起點(diǎn)：

12、

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述步驟s3包括：

14、s3.1、若在基頻兩側(cè)出現(xiàn)基頻加減轉(zhuǎn)頻的額外頻率，則判定為發(fā)生了混合偏心；

15、s3.2、若不存在基頻加減轉(zhuǎn)頻的額外頻率，則判斷是否存在旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)頻槽數(shù)倍加減基頻的額外頻率，若存在，則判定為發(fā)生了動(dòng)偏心；

16、s3.3、若不存在轉(zhuǎn)頻槽數(shù)倍加減基頻的額外頻率，則判斷是否存在除基頻外的整數(shù)倍基頻額外頻率，若存在，則判定為發(fā)生了靜偏心；

17、s3.4、若s3.1-s3.3均不滿足，則判定為未發(fā)生偏心。

18、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟s3中。所述預(yù)設(shè)參數(shù)包括旋轉(zhuǎn)變壓器的設(shè)計(jì)參數(shù)、工作參數(shù)以及已知的正常工作狀態(tài)下的頻域特征。

19、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述步驟s3.1中，判斷混合偏心的步驟包括：

20、通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器預(yù)設(shè)參數(shù)中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù)，計(jì)算得到感應(yīng)電壓的基頻，選擇滿足混合偏心診斷條件的混合偏心診斷頻率，若該診斷頻率靠近基頻，且為基頻加減轉(zhuǎn)頻的最小整數(shù)倍，則判斷為混合偏心。

21、第二方面，本發(fā)明提出了一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷系統(tǒng)，應(yīng)用于執(zhí)行上述偏心診斷方法，系統(tǒng)包括：

22、信號(hào)采集模塊，用于在待測(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器固定轉(zhuǎn)速下，獲取兩相信號(hào)繞組的輸出電壓，對(duì)所述輸出電壓希爾伯特變換，得到其包絡(luò)；

23、信號(hào)處理模塊，用于對(duì)所述輸出電壓的包絡(luò)進(jìn)行快速傅里葉變換，獲取待測(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓包絡(luò)的頻域特征；

24、分析判斷模塊，根據(jù)所述頻域特征與旋轉(zhuǎn)變壓器的預(yù)設(shè)參數(shù)，判斷旋轉(zhuǎn)變壓器是否發(fā)生偏心以及偏心類型。

25、本發(fā)明的有益效果在于：

26、1.本發(fā)明可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓診斷出旋轉(zhuǎn)變壓器的所有偏心形式，如靜態(tài)偏心、動(dòng)態(tài)偏向和混合偏心等，輸出電壓容易獲取，且不需要額外的測(cè)試裝置。

27、2.本發(fā)明中診斷方法通過(guò)頻域分析，能夠區(qū)分混合偏心、動(dòng)偏心和靜偏心三種不同類型的偏心故障，提高了診斷的準(zhǔn)確性和可靠性；其中使用希爾伯特變換和快速傅里葉變換，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓包絡(luò)的快速處理和分析，提高了檢測(cè)速度和實(shí)時(shí)性。

28、3.本發(fā)明通過(guò)計(jì)算基頻和選擇特定的診斷頻率，為混合偏心的診斷提供了明確的條件，減少了誤判的可能性。

29、4.本發(fā)明中診斷方法適用于不同類型的旋轉(zhuǎn)變壓器，只需根據(jù)具體的旋轉(zhuǎn)變壓器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)偏心故障的診斷。

技術(shù)特征：

1.一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷方法，其特征在于：所述步驟s1包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷方法，其特征在于：所述步驟s3包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷方法，其特征在于：步驟s3中。所述預(yù)設(shè)參數(shù)包括旋轉(zhuǎn)變壓器的設(shè)計(jì)參數(shù)、工作參數(shù)以及已知的正常工作狀態(tài)下的頻域特征。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷方法，其特征在于：所述步驟s3.1中，判斷混合偏心的步驟包括：

6.一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷系統(tǒng)，其特征在于，應(yīng)用于執(zhí)行權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述偏心診斷方法，系統(tǒng)包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)變壓器故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器偏心診斷方法和系統(tǒng)，包括在待測(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器固定轉(zhuǎn)速下，獲取兩相信號(hào)繞組的輸出電壓，對(duì)所述輸出電壓希爾伯特變換，得到其包絡(luò)；對(duì)所述輸出電壓的包絡(luò)進(jìn)行快速傅里葉變換，獲取待測(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓包絡(luò)的頻域特征；根據(jù)所述頻域特征與旋轉(zhuǎn)變壓器的預(yù)設(shè)參數(shù)，判斷旋轉(zhuǎn)變壓器是否發(fā)生偏心以及偏心類型。本發(fā)明中提供的診斷方法和系統(tǒng)可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓診斷出旋轉(zhuǎn)變壓器的所有偏心形式，如靜態(tài)偏心、動(dòng)態(tài)偏向和混合偏心等，輸出電壓容易獲取，且不需要額外的測(cè)試裝置。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧文哲,趙存杰,錢喆,李國(guó)麗,陳起旭,孫澤輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21