一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法技术

技术编号:15294796 阅读:267 留言:0更新日期:2017-05-11 11:59
本发明专利技术公开了一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法。根据三相笼型异步电动机的三相定子电压和电流瞬时信号,获得定子电压有效值、定子电流有效值、有功功率、视在功率和功率因数;同时,通过对电流瞬时信号做FFT频谱分析,获得定子电流中f1频率分量的有效值IS;同时,对电流瞬时信号i1进行希尔伯特变换,并滤除希尔伯特模量的直流分量,并进行FFT频谱分析,获得该待分析信号2sf1频率分量的幅值,并推导出的笼型异步电动机希尔伯特模量2sf1频率分量的幅值与转子断裂导条数目之间的数值对应关系诊断转子断裂导条数目。弥补了MHMSA方法不能定量诊断转子断裂导条数目的缺陷,为及时发现和排除转子断条故障,确保电动机安全、稳定运行创造了有利条件。

A diagnostic method for the number of broken rotor bars of three phase cage asynchronous motor

The invention discloses a method for diagnosing the number of rotor guide bars of a three-phase squirrel cage asynchronous motor. According to the three-phase stator voltage and current transient signal of three-phase cage induction motor, get effective value, the stator voltage of stator current RMS, active power, apparent power and power factor; at the same time, through the analysis of FFT spectrum of current instantaneous signal, obtain the effective value of IS F1 frequency component in stator current; at the same time, Hilbert transformation of the current I1, and Hilbert filter modulus of the DC component, and FFT spectrum analysis, the amplitude of the signal to be analyzed 2sf1 frequency, amplitude and rotor faults and derive the squirrel cage asynchronous motor Hilbert modulus 2sf1 frequency component by the numerical relation between the number of fault diagnosis of rotor bar number. It makes up for the defect that MHMSA method can not quantitatively diagnose the number of broken rotor bars, and creates favorable conditions for the timely detection and elimination of rotor broken bar fault and the safe and stable operation of the motor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机
,具体涉及一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法
技术介绍
在三相笼型异步电动机运行过程中,转子导条受到径向电磁力、旋转电磁力、离心力、热弯曲挠度力等交变应力的作用,加之转子制造缺陷,可能导致断条故障,此种故障发生概率约为10%。转子断条是典型的渐进性故障,初期通常1根导条断裂,而后与断裂导条邻近的其他导条继续断裂,最终致使电机出力下降甚至停机。因此,必须实施转子断条故障检测并及时对断裂导条的数目做出诊断。笼型异步电动机发生转子断条故障之后,在其定子电流中将出现(1±2s)f1频率的附加电流分量(s为转差率,f1为供电频率),可以将其作为转子断条故障特征。而定子电流信号易于采集,因此基于快速傅里叶变换(FFT)的定子电流信号频谱分析方法被广泛应用于转子断条故障检测。这类方法通常称为MCSA(MotorCurrentSignalAnalysis)方法。最初,MCSA对稳态定子电流信号直接进行FFT频谱分析,根据频谱图中是否存在(1±2s)f1频率分量判断转子有无断条,并根据定子电流中(1-2s)f1频率分量的有效值IL与f1频率分量的有效值IS对转子断裂导条数目做出诊断,如式(1)所示。其中,Nb、N分别为转子断裂导条数目与导条总数。但是,式(1)是以忽略转子转速波动(即假定转速恒定)为前提的,而转子断条故障必然导致转子转速波动,因此式(1)只是理想状态并不符合实际情况,据此诊断转子断裂导条数目欠缺准确性。为此,MCSA转而采用式(2)诊断转子断裂导条数目。其中,IR为定子电流中(1+2s)f1频率分量的有效值。式(2)实际上是以式(1)为基础的,但计及了转速波动,因而更加符合实际情况。显然,MCSA诊断转子断裂导条数目时,无论采用式(1)抑或式(1),其前提是:必须通过FFT频谱分析清晰地分辨定子电流(1-2s)f1频率分量、(1+2s)f1频率分量与f1频率分量。但由于转子轻微断条时,(1±2s)f1分量的有效值相对于f1分量非常小,而异步电动机运行时转差率s很小(一般而言,s<0.05),(1±2s)f1与f1数值接近,如果直接做FFT频谱分析,则(1±2s)f1分量可能被f1分量的泄漏所淹没。在此种情况下,(1±2s)f1频率分量的有效值IL与IR是无法获知的,则式(1)与式(2)无法应用,诊断转子断裂导条数目当然无从谈起。这是MCSA的不足之处。为克服MCSA方法中定子电流(1±2s)f1分量容易被f1分量的泄漏所淹没的缺陷,发展形成了基于希尔伯特模量信号分析(MotorHilbertModulusSignalAnalysis,MHMSA)的笼型异步电动机转子断条故障检测方法,其核心在于:在笼型异步电动机转子正常情况下,其希尔伯特模量仅是一直流分量;一旦发生转子断条故障,在其希尔伯特模量中将出现一附加的2sf1频率的波动分量。因此,对笼型异步电动机的希尔伯特模量信号做FFT频谱分析并考察该2sf1频率的波动分量,即可实现转子断条故障的检测。大量资料表明,该方法显著优于MCSA,可以灵敏、可靠地检测转子断条故障。但是,就目前而言,MHMSA方法尚未解决转子断裂导条数目的诊断问题。具体而言,现有的MHMSA方法不能定量地确定转子断裂导条的数目,原因在于:尚未发现三相笼型异步电动机希尔伯特模量2sf1频率分量的幅值与转子断裂导条数目之间的数值对应关系。因此,在应用MHMSA方法过程中,如何诊断三相笼型异步电动机转子断裂导条数目,就成为有关技术人员目前所面临的难题。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术提供了一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法,能够及时发现和排除转子断条故障,确保电动机安全、稳定运行。一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法,具体包括如下步骤:步骤一、按设定的采样频率采集三相笼型异步电动机三相定子电压瞬时信号与三相定子电流瞬时信号;步骤二、获得第m相定子电压的有效值,m表示相别,m=1,2,3;步骤三、获得三相定子电压有效值的算术平均值并作为定子电压有效值;步骤四、获得第m相定子电流的有效值;步骤五、获得三相定子电流有效值的算术平均值并作为定子电流有效值;步骤六、根据三相定子电压瞬时信号与三相定子电流瞬时信号,获得瞬时有功功率;步骤七、通过计算平均值的方法,获得瞬时有功功率p的直流分量mean(p),即有功功率;步骤八、根据定子电压有效值和定子电流有效值,获得视在功率;有功功率与视在功率之比,即为功率因数步骤九、对三相定子中的任意一相定子的电流瞬时信号做FFT频谱分析,获得定子电流中f1频率分量的有效值IS;其中,f1为供电频率;步骤十、对电流瞬时信号进行希尔伯特变换;步骤十一、获得希尔伯特模量Mod;步骤十二、获得希尔伯特模量Mod的直流分量,即平均值A0;步骤十三、滤除希尔伯特模量Mod中的直流分量A0,获得待分析信号M;步骤十四、对待分析信号M进行FFT频谱分析,获得其2sf1频率分量的幅值A1;其中,s为转差率;步骤十五、根据获得诊断转子断裂导条数目Nb,其中,N为转子导条总数。较佳地,所述三相笼型异步电动机的三相定子电压瞬时信号与三相定子电流瞬时信号是同步采集的。较佳地,每一信号的采样频率为1000Hz,采样时长为10s,即采样点数为10000点。有益效果:本专利技术根据三相笼型异步电动机希尔伯特模量2sf1频率分量的幅值判断转子断条数目,弥补了传统MHMSA方法不能定量诊断转子断裂导条数目的缺陷,为及时发现和排除转子断条故障,确保电动机安全、稳定运行创造了有利条件。附图说明图1为本专利技术采集三相笼型异步电动机定子电压、电流信号的电原理图;图2为一台Y100L-2型三相笼型异步电动机(3kW、380V)满载时,在转子1根断条时的希尔伯特模量FFT频谱;图3为一台Y100L-2型三相笼型异步电动机(3kW、380V)满载时,在转子1根断条时的定子电流FFT频谱。具体实施方式下面结合附图并举实施例,对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法,其中,各参数含义为:s为转差率;f1为供电频率;FFT为快速傅里叶变换;MCSA的英文全称为MotorCurrentSignalAnalysis;IL为定子电流中(1-2s)f1频率分量的有效值;IS为定子电流中f1频率分量的有效值;Nb为转子断裂导条数目;N为转子导条总数;IR为定子电流中(1+2s)f1频率分量的有效值;MHMSA的英文全称为MotorHilbertModulusSignalAnalysis;vm为第m相定子电压瞬时信号;im为第m相定子电流瞬时信号;m为相别,m=1,2,3;Vm为第m相定子电压有效值;vm(k)为第m相定子电压瞬时信号的第k个采样值;n为采样点数;VRMS为定子电压有效值;Im为第m相定子电流有效值;im(k)为第m相定子电流瞬时信号的第k个采样值;IRMS为定子电流有效值;p为瞬时有功功率;为功率因数;为功率因数角;为第1相定子电流瞬时信号i1的希尔伯特变换;t为时间;τ为延时;Mod为希尔伯特模量;A0为希尔伯特模量Mod的平均值,亦即直流分量;mean()代表求平均值运算;M为希尔伯特模量Mod滤本文档来自技高网
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一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法

【技术保护点】
一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法,其特征在于,具体包括如下步骤:步骤一、按设定的采样频率采集三相笼型异步电动机三相定子电压瞬时信号与三相定子电流瞬时信号;步骤二、获得第m相定子电压的有效值,m表示相别,m=1,2,3;步骤三、获得三相定子电压有效值的算术平均值并作为定子电压有效值;步骤四、获得第m相定子电流的有效值;步骤五、获得三相定子电流有效值的算术平均值并作为定子电流有效值;步骤六、根据三相定子电压瞬时信号与三相定子电流瞬时信号,获得瞬时有功功率;步骤七、通过计算平均值的方法,获得瞬时有功功率p的直流分量mean(p),即有功功率;步骤八、根据定子电压有效值和定子电流有效值,获得视在功率;有功功率与视在功率之比,即为功率因数步骤九、对三相定子中的任意一相定子的电流瞬时信号做FFT频谱分析,获得定子电流中f1频率分量的有效值IS;其中,f1为供电频率;步骤十、对电流瞬时信号进行希尔伯特变换;步骤十一、获得希尔伯特模量Mod;步骤十二、获得希尔伯特模量Mod的直流分量,即平均值A0;步骤十三、滤除希尔伯特模量Mod中的直流分量A0,获得待分析信号M;步骤十四、对待分析信号M进行FFT频谱分析,获得其2sf1频率分量的幅值A1;其中,s为转差率;步骤十五、根据获得诊断转子断裂导条数目Nb,其中,N为转子导条总数。...

【技术特征摘要】
1.一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法,其特征在于,具体包括如下步骤:步骤一、按设定的采样频率采集三相笼型异步电动机三相定子电压瞬时信号与三相定子电流瞬时信号;步骤二、获得第m相定子电压的有效值,m表示相别,m=1,2,3;步骤三、获得三相定子电压有效值的算术平均值并作为定子电压有效值;步骤四、获得第m相定子电流的有效值;步骤五、获得三相定子电流有效值的算术平均值并作为定子电流有效值;步骤六、根据三相定子电压瞬时信号与三相定子电流瞬时信号,获得瞬时有功功率;步骤七、通过计算平均值的方法,获得瞬时有功功率p的直流分量mean(p),即有功功率;步骤八、根据定子电压有效值和定子电流有效值,获得视在功率;有功功率与视在功率之比,即为功率因数步骤九、对三相定子中的任意一相定子的电流瞬时信号做FFT频谱分析,获得定子电流...

【专利技术属性】
技术研发人员:许伯强关涛孙丽玲王艳武回志澎寿海明冀欣冀路明
申请(专利权)人:华北电力大学中国人民解放军海军装备研究院舰船论证研究所
类型:发明
国别省市:北京;11

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