一种适用于感应电机转子故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于感应电机转子故障诊断方法，用于解决感应电机转子故障的检测问题。其方法通过电机零序电压中特定频率分量的幅值、频率及有功电流来获得一个表征故障严重程度的故障量化因子，并据此判断转子是否故障及其严重程度，从而实现了电机转子故障的准确检测和量化。本发明专利技术计算简单，不需要电机的参数，可用于诊断开环和闭环运行的感应电机，同时能够区分电机的转子故障和负载波动，具有较高的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于感应电机转子故障诊断方法
本专利技术属于故障诊断
，尤其是一种适用于感应电机转子故障诊断方法。
技术介绍
感应电机具有结构简单、价格低廉的优点而在工业、农业、交通运输、国防工业及日常生活中得到了广泛的应用。然而，电机在长时间的运行后，可能会出现各种故障。在故障初期，若没有发现故障并进行合适的处理，故障会进一步扩大，并造成整个系统的非预期停机，并因此会带来巨大的经济损失甚至给工作人员带来生命危险，因此，对一些重要场合的电机进行故障诊断具有重大的意义。感应电机的故障主要分为定子匝间短路故障、转子故障、轴承故障及气隙偏心故障。其中，转子故障占到了所有故障的10％。电机的转子发生故障后，电机处于异常运行或故障状态，这必然会引起电机中磁场和电场的变化。这会使电机的电流、瞬时功率、电磁场、转矩等发生变化，并引起电机产生振动和噪声等。因此，可通过检测上述量来实现电机的转子故障诊断。在这些方法中，最常用的方法是检测电机电流的方法，该方法称之为电机电流信号分析法。这种方法简单，且非侵入性，也不需要电机的参数信息。然而，电机电流信号分析方法存在其自身的缺陷。该方法受负载等级、运行频率影响。同时，负载波动等可能使该方法造成误判。当电机闭环控制的时候，电机电流中的故障特征分量受控制器影响，因此当电机处于闭环控制时，电机电流信号分析方法的诊断效果不再可靠。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种适用于感应电机转子故障诊断方法。该方法简单，易于实现，可以有效地实现转子故障诊断。闭环及控制器对诊断结果的影响可忽略，因此该方法可用于闭环系统的感应电机转子故障诊断。同时，该方法能够区分电机的负载波动和转子故障。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种适用于感应电机转子故障诊断方法，包括以下步骤：(1)测量电机的三相定子电压(va，vb，vc)，并据此计算电机零序电压中f3-2s＝(3-2s)f频率分量的幅值V3-2s或f3-4s＝(3-4s)f频率分量的幅值V3-4s。其中，f是电机的基波频率，s是电机的滑差。(2)测量电机的三相定子电流(ia，ib，ic)，并根据电机的电压和电流，计算电机的有功电流平均值(3)故障判断。定义故障量化因子为或若FI≥thr，则表明电机的转子存在故障，且FI越大，表示故障越严重；若FI<thr，表明电机的转子不存在故障。其中，thr为阈值。其中，阈值的确定方法为：当电机的转子导条断裂一根时，测量故障量化因子FI的值，记为T1，则阈值thr可取为0.3T1。进一步的，所述步骤(1)中，其计算包括如下步骤：(1A)根据电机电压计算电机的零序电压v0，其表达式为(1B)对零序电压v0进行傅里叶分析，并根据其波形频谱得到电机零序电压中f3-2s＝(3-2s)f频率分量的幅值V3-2s,或得到电机零序电压中f3-4s＝(3-4s)f频率分量的幅值V3-4s。进一步的，所述步骤(2)中，有功电流平均值的计算包括以下步骤：(2A)计算α轴和β轴电压和电流(2B)根据瞬时功率理论计算α轴和β轴的有功电流(2C)根据计算有功电流ip，对ip取平均值即可得到本专利技术的有益效果是，本专利技术提供的转子故障诊断方法不仅能够实现电机的转子故障诊断，而且能够对故障进行量化；该方法计算简单，易于实现，不需要电机的参数；闭环及控制器对诊断结果的影响很小，因此该方法不仅可用于开环运行的电机，也可用于诊断闭环运行的电机，且不需要根据控制策略和控制器参数变化而更改阈值；能够区分电机的转子故障和负载波动，鲁棒性高。附图说明图1为本方案实验装置图；图2为本专利技术具体实施步骤。具体实施方式为了更加具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。图1给出了本专利技术的实验装置图。通过电压传感器和电流传感器获取电机的三相电压(va，vb，vc)和三相电流(ia，ib，ic)。对于星型接法的电机，其三相电流之和为零，所以也可只采集两相电流，并据此计算出第三相电流的值。将获得的三相电流和电压信号送入到本专利技术提出的故障诊断算法中，即可判断出电机转子故障与否及其严重程度。当正常的电机定子绕组中通入k次谐波电流，与电机的v次空间谐波作用，其感生的磁动势在第i个转子回路中感生出的电流为式中，sv,k＝k-v(1-s)，s是滑差，ω是电机的基波频率，φk是电机的k次谐波初相角，p是电机的极对数，是转子两根导条之间的机械角，nr是转子总的导条数。第i个转子回路的绕组函数为对其进行傅里叶级数展开，有式中，λ＝1,2,3,…因此，电机的总的转子磁动势为对上式化简，得到转子磁动势为式中，z为整数。因此，上述磁动势在定子中可能感生出的电流频率为当电机转子故障后，其转子的对称性受到破坏。此时各转子回路中的电流幅值不再相等，且相位差也不再为vpξr。此时可设转子断条时的第i个转子回路的电流为此时第i个转子回路感生的磁动势为因此，其总的磁动势为从上式可以看到，此时磁动势中的各分量的频率为及只考虑k＝1,v＝1的情况。当λ/p为3的整数倍时，上述磁动势在各相绕组中感生的电动势相位相同，其对应的感应电势形成了零序电压(星型接法)。只考虑则其频率分别为当电机一根转子断条时，可将其等价于一个正常的转子和故障导条两侧的两个回路的叠加，且这两个模型中断裂的导条中的电流恰好相反，以满足断条转子中不存在电流这一前提条件。由于正常的转子不会产生零序电压，所以在计算零序电压时只需要考虑叠加的转子回路。设断裂的转子为第i各转子导条，且电机正常时该导条的电流为因此，与断条转子相邻的两个导条的电流为这两个电流在转子回路中产生的磁动势为只考虑此时磁动势为式中，在不考虑饱和的情况下，上述磁动势产生的电压为因此，零序电压中，f3-2s＝(3-2s)f频率分量的幅值V3-2s和f3-4s＝(3-4s)f频率分量的幅值V3-4s分别正比于他们的频率及转子导条电流如果忽略定子电阻、定转子漏感及铁损，则电机的转子导条电流和电机的有功电流ip成正比。因此，V3-2s∝f(3-2s)fip，V3-4s∝f(3-4s)fip。考虑到电机转子故障或负载波动下，其有功电流存在一定的波动，所以可将故障指标定义为或式中的为有功电流的平均值。显然，在实际故障诊断中，只需要利用其中一个分量就可以实现转子故障诊断。在本实施例中，仅以f3-2s频率分量为例进行说明，以f3-4s频率分量进行诊断的步骤和f3-2s相同。当转子故障的电机处于闭环控制时，其故障信息会传递到电机的电压当中，因此会在电机的电压中引入频率为(1±2s)f的左右边频频率分量。这些分量会产生对应频率分量的电流。以左边频电压分量为例，设其产生的电流为断条后，可认为其在临近的两个回路中的叠加电流产生的磁动势为当时，上述磁动势会引入两个频率为及的零序电压分量。同理，右边频电压引入的转子电流的频率为3sf，其产生3倍频附近的零序电压分量的频率分别为及但是，电机转子故障时，其左右边频分量的电压与基波电压相比很小，因此其产生的对应的左右边频电流与基波电流相比也很小，因此闭环引入的左右边频电压对频率为f3-2s和f3-4s的零序电压的影响也很小，可以忽略。当电机存在低频负载波动时，可产生对应频率的电流。但是由于电机的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于感应电机转子故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)测量电机的三相定子电压(va，vb，vc)，并据此计算电机零序电压中f3‑2s＝(3‑2s)f频率分量的幅值V3‑2s。其中，f是电机的基波频率，s是电机的滑差。(2)测量电机的三相定子电流(ia，ib，ic)，并根据电机的电压和电流，计算电机的有功电流平均值(3)故障量化因子若FI≥thr，则表明电机的转子存在故障，且FI越大，表示故障越严重；若FI<thr，表明电机的转子不存在故障。其中，thr为阈值。阈值thr的确定方法为：当电机的转子导条断裂一根时，测量故障量化因子FI的值，记为T1，则阈值thr可取为0.3T1。

【技术特征摘要】
1.一种适用于感应电机转子故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)测量电机的三相定子电压(va，vb，vc)，并据此计算电机零序电压中f3-2s＝(3-2s)f频率分量的幅值V3-2s；其中，f是电机的基波频率，s是电机的滑差；(2)测量电机的三相定子电流(ia，ib，ic)，并根据电机的电压和电流，计算电机的有功电流平均值(3)故障量化因子若FI≥thr，则表明电机的转子存在故障，且FI越大，表示故障越严重；若FI&lt;thr，表明电机的转子不存在故障；其中，thr为阈值；阈值thr的确定方法为：当电机的转子导条断裂一根时，测量故障量化因子FI的值，记为T1，则阈值thr取为0.3T1。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)中，V3-2s通过以下方法得到：(1.1)根据电机电压计算电机的零序电压v0，其表达式为(1.2)对零序电压v0进行傅里叶分析，并根据其波形频谱得到电机零序电压中f3-2s＝(3-2s)f频率分量的幅值V3-2s。3.一种适用于感应电机转子故障诊断方法，其特征在于,包括以下步骤：(1)测量电机的三相定子电压(va，vb，vc)，并据此计算电机零序电压中f3-4s＝(3-4s)f频率分量的幅值V3-4s；其中，f是电机的基波频率，s是电机的滑差；(2)测量电机的三相定子电流(ia，ib，ic)，并根据电机的电压和电流，计算电机的有功电流平均值(3)故障量化因子为若FI≥thr，则表明电机的转子存在故障，且FI越大，表示故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄进，侯招文，刘赫，王彤，叶明，刘子剑，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33