【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及旋转机械故障诊断方法领域,尤其是一种变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法。
技术介绍
旋转机械在电力、能源、化工、国防等领域内发挥着无可替代的重要作用。其中,泵与风机等旋转机械多由异步电机带动。近年来,从调速节能的角度出发,变频器驱动电机已经成为一种应用日益广泛的电机驱动方式。使用变频器驱动电机,可以通过调整电机转速适应负载变化的情况,有效减小节流损失,带来可观的经济效益。但由于异步电机由带有频率丰富的谐波的交流电进行驱动,其中频率与轴系扭振固有频率重合的谐波可能导致扭振故障。扭振故障将使得轴系承受大幅交变应力,严重影响设备安全性。在由变频器驱动异步电机带动其他旋转机械工作时,应对轴系扭振故障进行监测,确保设备安全运行。目前监测扭振的技术主要可以分为接触式和非接触式方法。接触式扭振监测方法在转轴上架设应变片等形式的传感器,使得应变片测量轴上的剪应变,通过剪应变的变化情况来反应轴的扭振情况。接触式扭振监测方法需要再轴上额外架设设备,因此不一定适用于所有场合。非接触式扭振监测方法一般采用测齿法,利用轴上的测速齿轮盘或其他现有设备,通过测量角度的不均匀性来实现扭振监测。该方法无需在轴上另外架设设备,不影响轴的正常运行,因此适合长期监测。但该方法存在对等分机构要求很高、信号的提取和分析复杂等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于,提供一种变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法,不需要在转轴上额外架设设备,有效对轴系扭振故障进行监测,适合进行长期监测。为解决上述技术问题,本专利技术提供一种变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障 ...
【技术保护点】
一种变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)采集异步电机三相定子电流信号ia、ib、ic;(2)对三相定子电流进行Park变换和Clarke变换,得到d‑q坐标系下的d轴和q轴定子电流id、iq;(3)对q轴定子电流分量iq做快速傅里叶变换得到其频谱;(4)设定轴系关键参数计算轴系扭振固有频率;(5)计算q轴定子电流分量iq中频率在轴系扭振固有频率附近且绝对值最大的分量和频率在0Hz附近的绝对值最大的分量的比值;(6)对该比值进行判定,超过一定阈值时视为发生扭振故障。
【技术特征摘要】
1.一种变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)采集异步电机三相定子电流信号ia、ib、ic;(2)对三相定子电流进行Park变换和Clarke变换,得到d-q坐标系下的d轴和q轴定子电流id、iq;(3)对q轴定子电流分量iq做快速傅里叶变换得到其频谱;(4)设定轴系关键参数计算轴系扭振固有频率;(5)计算q轴定子电流分量iq中频率在轴系扭振固有频率附近且绝对值最大的分量和频率在0Hz附近的绝对值最大的分量的比值;(6)对该比值进行判定,超过一定阈值时视为发生扭振故障。2.如权利要求1所述的变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法,其特征在于,步骤(2)的具体过程为:Park变换将三相a-b-c坐标系中的电流、电压、磁链等电磁量转换到静止的两相d-q坐标系中,ds和qs为静止d-q坐标系坐标轴,电磁量变换如式(1)所示:idsiqs=231-12-120-3232iaibib---(1)]]>Clarke变换将静止的两相d-q坐标系中电磁量转换到旋转的两相d-q坐标系中,坐标系旋转速度为电机的同步转速,因此该旋转坐标系也称为同步坐标系;ds和qs为静止d-q坐标系坐标轴,de和qe为旋转d-q坐标系坐标轴,θ=wt,w为同步转速,电磁量变换如式(2)所示:ideiqe=cosθsinθ-sinθcosθidsiqs---(2)]]>将Park变换和Clarke变换相结合,将三相a-b-c坐标系中的电磁量转换到以同步转速旋转的两相d-q坐标系中,电磁量变换如式(3)所示:idiq=23cosθcos(θ-23π)cos(θ+23π)sinθsin(θ-23π)sin(θ+23π)iaibib---(3)]]>3.如权利要求1所述的变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法,其特征在于,步骤(3)的具体过程为:有限长离散信号x(n),n=0,1…N-1的DFT定义为:X(k)=Σn=0N-1x(n)WNkn,k=0,1,...,N-1,WN=e-j2πN---(4)]]>DFT需要计算大约N2次乘法和N2次加法,当N较大时计算量很大;FFT将x(n)分成一个偶数序列和一个奇数序列的和:x(n)=x1(n)+x2(n)(5)这两个序列的长度都是N/2,x1(n)是偶数序列,x2(n)是奇数序列,则:X(k)=Σn=0N2-1x1(n)WN2kn+Σn=0N2x2(n)WN(2n+1)k,(k=0,1,...N-1)=X(k)=Σn=0N2-1x1(n)WN2kn+WNkΣn=0N2-1x2(n)WN2kn,(k=0,1,...N-1)---(6)]]>由于则有:X(k)=Σn=0N2-1x1(n)WN/2kn+WNkΣn=0N2-1x2(n)WN/2kn,(k=0,1,...N-1)=X1(k)+WNkX2(k)---(7)]]>其中X1(k)和X2(k)分别为x1(n)和x2(n)的N/2点DFT,经过多次分解,最终将N点DFT分解为N/2个两点DFT,最终使计算量减少为次乘法和次加法;对q轴定子电流分量iq做快速傅里叶变换FFT得到其频谱,即将iq信号分解为振幅和频率不同的分量。4.如权利要求1所述的变频调速驱动下的旋转机械轴...
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