永磁同步电机的轴承故障诊断

该文档主要探讨了永磁同步电机（PMSM）中轴承故障诊断的方法，特别是通过频谱分析来检测轴承外环的缺陷。随着PMSM在机器人、汽车、航空航天、医疗设备和可再生能源等领域的广泛应用，预防性故障诊断变得至关重要，以避免可能导致重大经济损失的非计划停机。尽管PMSM以其稳健性和效率著称，但仍会遭受电气或机械故障的影响。

研究背景与重要性

文中指出，轴承故障是旋转电机中最常见的故障类型，占故障总数的30%到40%。这些故障通常直接影响轴承的几何形状，如滚动元件表面的波纹、内外环的裂纹或保持架的损坏。早期检测此类故障至关重要，因为初期故障可能导致更严重的损坏。通过早期检测，可以保护设备和人员的安全，避免生产线的非计划停机，从而延长电机的使用寿命并减少财务损失。

方法与技术

论文中采用了频谱分析作为主要的故障检测工具。频谱分析是一种通过监测和分析旋转设备产生的振动来诊断轴承故障的技术。通过这种方法，可以检测与轴承缺陷相关的异常。文中强调，PMSM的旋转频率是固定的，这使得定位轴承故障的特征频率更加容易。

此外，文中还提到了最大值定位算法（MLA），该算法用于在选定的分析频带中数值定位与故障特征谐波对应的最大幅度。通过限制搜索区间，MLA算法可以更容易地定位故障特征的谐波。

实验结果与分析

实验结果表明，频谱分析在检测轴承缺陷方面具有显著的效果和实用性。通过对比健康状态和不同程度外环故障（1mm、3mm、6mm孔）的电机运行情况，发现外环缺陷的特征在频率52.6 Hz处明显出现，并且随着外环缺陷严重程度的增加，该谐波的幅度也随之增加。

结论与贡献

论文总结指出，诊断PMSM中的轴承问题对于确保最佳运行和延长电机寿命至关重要。忽视这些故障可能导致效率降低、振动增加以及潜在的电机故障。尽管振动频谱分析在工业界广泛使用，但其需要在机器上安装传感器，这增加了使用的复杂性。相比之下，定子电流的频谱分析作为故障诊断中最广泛使用的方法，提供了一种无需额外传感器的有效解决方案。

专业术语解释

• 永磁同步电机（PMSM）：一种使用永磁体产生磁场的同步电机，具有高效率和高功率密度。
• 频谱分析：一种通过分析信号的频率成分来识别和诊断系统故障的方法。
• 最大值定位算法（MLA）：一种用于在频谱中定位最大幅度点的算法，帮助识别故障特征频率。

总的来说，该文档通过详细的实验和分析，展示了频谱分析在PMSM轴承故障诊断中的有效性，并为工业应用提供了有价值的见解。