[發(fā)明專利]一種磁懸浮分子泵高速轉(zhuǎn)子在線故障診斷系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011543354.2
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112628160B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛琨;鐘清;鄭世強(qiáng);王坤;樂韻
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F04D19/04
• 分類號: F04D19/04;F04D27/00;F04D29/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;鄧治平

本發(fā)明涉及一種磁懸浮分子泵高速轉(zhuǎn)子在線故障診斷系統(tǒng)及方法，包括數(shù)據(jù)處理電路、隔離采樣電路、接口電路、電源轉(zhuǎn)換電路和顯示電路。系統(tǒng)利用一種改進(jìn)的復(fù)合傅里葉變換和自適應(yīng)廣義二階積分器對電機(jī)相電流和轉(zhuǎn)子位移進(jìn)行實(shí)時處理，獲取基波和諧波分量。為了克服磁懸浮分子泵任意角度安裝時帶來的轉(zhuǎn)子擾動影響，首先，通過采用自學(xué)習(xí)的方式記錄安裝后正常運(yùn)行和制動時電機(jī)電流與轉(zhuǎn)子位移的基波和諧波分量作為正常參考值；其次，在運(yùn)行過程中不斷計(jì)算電機(jī)電流與轉(zhuǎn)子位移的基波與諧波分量，與正常參考值實(shí)時進(jìn)行比較，在線監(jiān)測轉(zhuǎn)子狀態(tài)；最后，當(dāng)發(fā)生故障時能夠輸出警報，并利用分子泵降速時狀態(tài)進(jìn)行故障診斷，區(qū)分機(jī)械故障、全局退磁故障和局部退磁故障。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁懸浮分子泵高速轉(zhuǎn)子在線故障診斷系統(tǒng)及方法，用于實(shí)時監(jiān)測轉(zhuǎn)子狀態(tài)，并在故障發(fā)生時進(jìn)行機(jī)械和退磁故障診斷。系統(tǒng)采用改進(jìn)的復(fù)合傅里葉變換和自適應(yīng)廣義二階積分器算法實(shí)時得到電機(jī)電流和轉(zhuǎn)子振動的基波和諧波分量并與正常參考值進(jìn)行比較，在線監(jiān)測轉(zhuǎn)子狀態(tài)，同時能夠在發(fā)生故障時利用分子泵降速時的信息進(jìn)行故障診斷，區(qū)分機(jī)械故障、全局退磁故障和局部退磁故障。本發(fā)明無需額外傳感器，能夠克服磁懸浮分子泵任意角度安裝對于轉(zhuǎn)子的影響，確定故障類型，該系統(tǒng)及方法可以直接應(yīng)用于現(xiàn)有的磁懸浮分子泵系統(tǒng)中。

背景技術(shù)

磁懸浮分子泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)分子泵系統(tǒng)相比，轉(zhuǎn)子采用主動磁軸承支承，具有無機(jī)械摩擦，無潤滑油污染，極微振動，任意角度安裝等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在在芯片生產(chǎn)、真空鍍膜等高端真空領(lǐng)域。

磁懸浮分子泵主要依靠高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與定子進(jìn)行配合工作，該過程中轉(zhuǎn)子由于渦流損耗將導(dǎo)致溫度升高，但是由于其長期懸浮運(yùn)行在高真空環(huán)境下，轉(zhuǎn)子散熱條件差，轉(zhuǎn)子永磁體有退磁風(fēng)險。同時由于分子泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)機(jī)械組成復(fù)雜，需要承擔(dān)較高的離心力作用，有一定機(jī)械故障的風(fēng)險。因此需要及時有效的對磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行在線故障診斷，出現(xiàn)故障時需要及時關(guān)閉分子泵驅(qū)動器，防止出現(xiàn)安全隱患。

目前并沒有針對磁懸浮分子泵系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子故障診斷系統(tǒng)。而針對傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子退磁故障和機(jī)械故障診斷方法存在以下問題：

(1)現(xiàn)有的故障診斷方法依賴于額外的振動傳感器、激光傳感器或者磁場傳感器等，這部分傳感器需要在電機(jī)加工過程中，嵌入到電機(jī)內(nèi)部，無法應(yīng)用于現(xiàn)有的分子泵系統(tǒng)。

(2)現(xiàn)有的大量故障診斷方法采用的是基于振動信號或者電流信號故障特征頻率分析的原理，但是永磁體的局部退磁故障和轉(zhuǎn)子機(jī)械故障會導(dǎo)致電機(jī)電流和振動產(chǎn)生相同或相近的特征頻率，因此這類方法判斷故障發(fā)生較為容易，但是無法同時區(qū)分出轉(zhuǎn)子故障屬于機(jī)械故障還是退磁故障。

(3)磁懸浮分子泵的工作環(huán)境較為復(fù)雜，可能任意角度安裝在大型設(shè)備上，而傳統(tǒng)故障診斷使用的傳感器對于安裝位置有較高要求，無法直接應(yīng)用，此外，也極容易受到外部振動的影響，導(dǎo)致故障誤觸發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有的電機(jī)轉(zhuǎn)子退磁和機(jī)械故障診斷方法應(yīng)用于磁懸浮分子泵系統(tǒng)過程中，主要有兩個方面的問題：一方面，依賴于多種傳感器，但在分子泵系統(tǒng)任意角度安裝時，機(jī)械故障常用的部分振動傳感器和激光傳感器無法安裝使用；另一方面，在高速下，轉(zhuǎn)子退磁和機(jī)械故障引起的位移和電流故障特征頻率相同或近似，無法對故障進(jìn)行有效診斷。針對這兩個方面問題，本發(fā)明提出了一種能夠利用磁懸浮分子泵控制內(nèi)置傳感器，監(jiān)測高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)狀態(tài)，并進(jìn)一步區(qū)分退磁故障和機(jī)械故障的系統(tǒng)與方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種磁懸浮分子泵高速轉(zhuǎn)子故障診斷系統(tǒng)，包括：