一种电机转子断条故障处理方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电机转子断条故障处理方法及系统，方法包括：将获得的定子电流信号的幅值序列构造二维矩阵；对二维矩阵进行奇异值分解；滤除主空间后利用奇异值分解的逆变换重构二维矩阵；根据快速傅里叶变换方法得到二维矩阵中泄露分量的频谱，并根据频谱初步判断电机断条故障；绘制泄露分量分布曲线，根据泄露分量分布曲线求取特征分量的真实幅值来判断电机转子断条的严重程度。本发明专利技术根据SVD的特点，提出泄露分量曲线，在电机工频运行和变频运行的工况下，自适应地滤除基波分量并重构部分故障特征分量，并且利用泄露分量曲线修正特征分量的幅值，得到的误差率极小。

Method and system for processing broken bar of motor rotor

The invention relates to a motor rotor fault processing method and system. The method comprises the following steps: the stator current signal amplitude sequence to construct two-dimensional matrix of two-dimensional matrix; singular value decomposition; filtering the main space by singular value decomposition of the inverse matrix of two-dimensional fast Fourier transform method; according to the two-dimensional matrix leakage component of the spectrum, and the spectrum according to the preliminary judging motor broken bar fault; drawing leakage component distribution curve, according to the leaked component distribution curve to obtain the characteristic components of the true amplitude to judge the severity of the broken rotor. The present invention is put forward according to the characteristics of SVD leakage in the motor component curve, operating frequency and frequency operation conditions, adaptive filtering and reconstruction of part of the fundamental component of fault feature component, and the amplitude component leaked curve correction feature, the error rate is very small.

【技术实现步骤摘要】
一种电机转子断条故障处理方法及系统
本专利技术主要涉及电机检测
，具体涉及一种电机转子断条故障处理方法及系统。
技术介绍
1995年CardosoAJM，CruzSMA等学者提出PARK矢量法，通过圆度判断转子故障，但在故障前期难以发现故障，在工程实际应用中，故障圆和非故障圆区分度不大。现有技术中，将希尔伯特变换用于电机故障诊断，通过希尔伯特变化对信号进行调理，但是只能检测出故障特征频率无法计算特征分量的幅值；现有技术中，将连续小波变换和奇异值分解结合，提取转子断条故障特征分量，但是该方法需要大量的样本数据，而且在使用连续小波变换的过程中需要将小波变换的分辨率设置得很低，计算量大，并且奇异值分解后正交空间数量大，无法准确定位特征分量所在的空间。目前还有研究骨干微粒群算法方向的，但是存在计算收敛速度慢等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电机转子断条故障处理方法及系统。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种电机转子断条故障处理方法，包括如下步骤：步骤S1：周期性地采集电机定子电流信号来获得定子电流信号的幅值序列，根据幅值序列来构造二维矩阵G；步骤S2：根据奇异值分解方法对二维矩阵G进行分解得到主空间分量和第二空间分量，将主空间分量滤除，再利用奇异值分解的逆变换对矩阵G进行重构，得到新的二维矩阵G*，所述第二空间分量为泄露分量；步骤S3：根据快速傅里叶变换方法得到二维矩阵G*中泄露分量的频谱，在频谱中，若基频两侧出现尖峰则电机存在断条故障，读取尖峰的幅值和频率，即为电机故障特征分量的幅值Utz和频率ftz；步骤S4：利用波形调试工具预调制正弦波，对其周期性采样，利用采样得到的正弦波幅值序列构造二维矩阵H，利用奇异值分解方法对二维矩阵H进行分解处理，滤波和重构得到新的二维矩阵H*，根据二维矩阵H*绘制泄露分量分布曲线；步骤S5：根据泄露分量分布曲线修正电机故障特征分量的幅值Utz，得到特征分量的真实幅值，根据真实幅值判断电机转子断条的严重程度。本专利技术的有益效果是：本专利技术根据SVD的特点，提出泄露分量曲线，在电机工频运行和变频运行的工况下，自适应地将基波分量和电机故障特征分量分解到主空间(第一空间)和泄露空间(第二空间)里，然后通过去除主空间滤除基波分量，重构泄露分量空间提取特征频率分量，并且利用泄露分量曲线对提取出的特征分量的幅值进行修正，得到的误差率极小。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述步骤S1具体包括：周期性地采集电机定子电流信号，获得定子电流信号的幅值序列，根据幅值序列来构造二维矩阵G，其中，为t1时刻定子电流的幅值，dt为定子电流的采样周期，为t1+dt时刻定子电流的幅值；T是二维矩阵G中第一行信号和第二行信号的采样时间差，T满足T＝k1Tbase，Tbase为定子电流中基波分量的周期，表示t1+T时刻定子电流信号的幅值，k1为比例参数,k1取整数。采用上述进一步方案的有益效果是：提出利用定子电流信号的幅值构造二维矩阵G的方法，这样后续步骤对矩阵G奇异值分解，能够将基波分量完全投射到主空间(第一空间)中，而将电机故障特征分量部分投射到泄露分量空间(第二空间)中，实现对基波分量的分离。进一步，所述步骤S2具体包括：步骤S201：根据SVD奇异值分解方法对二维矩阵G进行分解，得到奇异值对角矩阵；步骤S202：令奇异值对角矩阵的第一个对角元素为0，利用奇异值分解的逆变换重构二维矩阵G,得到重构的二维矩阵G*。采用上述进一步方案的有益效果是：利用SVD奇异值分解方法分解矩阵G能够将基波分量完全投射到主空间(第一空间)中，而将电机故障特征分量部分投射到泄露分量空间(第二空间)中，然后将奇异值对角矩阵的第一个对角元素置为0，再利用奇异值分解的逆变换重构矩阵G，得到新的矩阵G*，能够将主空间滤除，即将基波分量完全滤除，矩阵G*中保留部分电机故障特征分量。进一步，所述步骤S4具体包括：利用波形调试工具(如MATLAB工具)调制幅值为X安培的正弦波，其中X为预设值，对其周期性采样，利用采样得到的正弦波幅值序列构造二维矩阵H，其中二维矩阵H满足其中，为t1时刻正弦信号的幅值，dt为正弦信号的采样周期，为t1+dt时刻正弦信号的幅值；T0是二维矩阵G中第一行信号和第二行信号的采样时间差，表示t1+T0时刻正弦信号的幅值；根据SVD奇异值分解方法对二维矩阵H进行分解，令奇异值对角矩阵的第一个对角元素为0，即滤除主空间成分(第一空间也称为主空间)，保留泄露分量(第二空间也称为泄露分量空间)，再利用奇异值分解的逆变换对二维矩阵H进行重构，得到二维矩阵H*，从二维矩阵H*中任取一行信号，利用最大值函数求取信号的峰值，连续改变T0，使得两行信号的相位差从0度变到360度，计算不同相位差下二维矩阵H*任意一行信号的峰值，以峰值为纵坐标、以相位差为横坐标来绘制泄露分量分布曲线。采用上述进一步方案的有益效果是：能够获取泄露分量分布曲线。进一步，所述步骤S5具体包括：根据T＝k2Ttz,Ttz＝1/ftz计算k2，其中Ttz是特征分量的周期，ftz是滤波算法检测出的特征分量的频率；再根据公式θtz＝mod(k2360°,360°)计算矩阵G两行信号中特征分量信号的相位差θtz，再根据θtz到泄露分量分布曲线中查找对应相位差下泄露分量的幅值，将该幅值除以X安培，得到泄露分量中故障特征分量占总故障特征分量的比例，即修正系数，将幅值Utz除以该修正系数，得到修正后的幅值Utz’，即为电机故障特征分量的真实幅值,根据真实幅值判断电机转子断条的严重程度。采用上述进一步方案的有益效果是：将泄露分量分布曲线作为修正故障特征分量幅值的依据，能够判断电机转子断条的严重程度，使检测结果更精确。进一步，所述步骤S3具体包括：在重新构造的二维矩阵G*中任取一行信号，根据FFT快速傅里叶变换方法得到泄露分量的频谱，在频谱中获取基频分量两侧的最高峰，根据最高峰读取泄露分量中电机故障特征分量的幅值Utz和频率ftz。采用上述进一步方案的有益效果是：从泄露分量频谱中可以判断电机是否出现故障并且能够分辨电机故障特征分量点，获取泄露分量空间中电机故障特征分量的幅值和频率。本专利技术解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种电机转子断条故障处理系统，包括：二维矩阵构造模块，用于周期性地采集电机定子电流信号来获得定子电流信号的幅值序列，根据幅值序列来构造二维矩阵G；二维矩阵滤波及重构模块，用于根据奇异值分解方法对二维矩阵G进行分解得到主空间分量和第二空间分量，将主空间分量滤除后，利用奇异值分解的逆变换对矩阵G进行重构，得到新的二维矩阵G*，所述第二空间分量为泄露分量；故障判断模块，用于根据快速傅里叶变换方法得到二维矩阵G*中泄露分量的频谱，在频谱中，若基频两侧出现尖峰则电机存在断条故障，读取尖峰的幅值和频率，即为电机故障特征分量的幅值Utz和频率ftz；泄露分量曲线绘制模块，用于利用波形调试工具预调制正弦波，对其周期性采样，利用采样得到的正弦波幅值序列构造二维矩阵H，利用奇异值分解方法对二维矩阵H进行分解处理，滤波和重构得到新的二维矩阵H*，根据二维矩阵H*绘制泄露分量分布曲线；故障特征分量幅值修正模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机转子断条故障处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：周期性地采集电机定子电流信号来获得定子电流信号的幅值序列，根据幅值序列来构造二维矩阵G；步骤S2：根据奇异值分解方法对二维矩阵G进行分解得到主空间分量和第二空间分量，将主空间分量滤除，再利用奇异值分解的逆变换对矩阵G进行重构，得到新的二维矩阵G

【技术特征摘要】
1.一种电机转子断条故障处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：周期性地采集电机定子电流信号来获得定子电流信号的幅值序列，根据幅值序列来构造二维矩阵G；步骤S2：根据奇异值分解方法对二维矩阵G进行分解得到主空间分量和第二空间分量，将主空间分量滤除，再利用奇异值分解的逆变换对矩阵G进行重构，得到新的二维矩阵G*，所述第二空间分量为泄露分量；步骤S3：根据快速傅里叶变换方法得到二维矩阵G*中泄露分量的频谱，在频谱中，若基频两侧出现尖峰则电机存在断条故障，读取尖峰的幅值和频率，即为电机故障特征分量的幅值Utz和频率ftz；步骤S4：利用波形调试工具预调制正弦波，对其周期性采样，利用采样得到的正弦波幅值序列构造二维矩阵H，利用奇异值分解方法对二维矩阵H进行分解处理，滤波和重构得到新的二维矩阵H*，根据二维矩阵H*绘制泄露分量分布曲线；步骤S5：根据泄露分量分布曲线修正电机故障特征分量的幅值Utz，得到特征分量的真实幅值，根据真实幅值判断电机转子断条的严重程度。2.根据权利要求1所述一种电机转子断条故障处理方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：周期性地采集电机定子电流信号，获得定子电流信号的幅值序列，根据幅值序列来构造二维矩阵G，其中，为t1时刻定子电流的幅值，dt为定子电流的采样周期，为t1+dt时刻定子电流的幅值；T是二维矩阵G中第一行信号和第二行信号的采样时间差，T满足T＝k1Tbase，Tbase为定子电流中基波分量的周期，表示t1+T时刻定子电流信号的幅值，k1为比例参数,k1取整数。3.根据权利要求1所述一种电机转子断条故障处理方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S201：根据SVD奇异值分解方法对二维矩阵G进行分解，得到奇异值对角矩阵；步骤S202：令奇异值对角矩阵的第一个对角元素为0，利用奇异值分解的逆变换重构二维矩阵G,得到重构的二维矩阵G*。4.根据权利要求1所述一种电机转子断条故障处理方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：利用波形调试工具调制幅值为X安培的正弦波，对其周期性采样，利用采样得到的正弦波幅值序列构造二维矩阵H，其中二维矩阵H满足其中，为t1时刻正弦信号的幅值，dt为正弦信号的采样周期，为t1+dt时刻正弦信号的幅值；T0是二维矩阵G中第一行信号和第二行信号的采样时间差，表示t1+T0时刻正弦信号的幅值；根据SVD奇异值分解方法对二维矩阵H进行分解，令奇异值对角矩阵的第一个对角元素为0，再利用奇异值分解的逆变换对二维矩阵H进行重构，得到二维矩阵H*，从二维矩阵H*中任取一行信号，利用最大值函数求取信号的峰值，连续改变T0，使得两行信号的相位差从0度变到360度，计算不同相位差下二维矩阵H*任意一行信号的峰值，以峰值为纵坐标、以相位差为横坐标来绘制泄露分量分布曲线。5.根据权利要求4所述一种电机转子断条故障处理方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：根据T＝k2Ttz,Ttz＝1/ftz计算k2，其中Ttz是特征分量的周期，ftz是滤波算法检测出的特征分量的频率；再根据公式θtz＝mod(k2360°,360°)计算矩阵G两行信号中特征分量信号的相位差θtz，再根据θtz到泄露分量分布曲线中查找对应相位差下泄露分量的幅值，将该幅值除以X安培，得到泄露分量中故障特征分量占总故障特征分量的比例，即修正系数，将幅值Utz除以该修正系数，得到修正后的幅值Utz’，即为电机故障特征分量的真实幅值,根据真实幅值判断电机转子断条的严重程度。6.根据权利要求1所述一种电机转子断条故障处...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明扬，
申请(专利权)人：杨明扬，
类型：发明
国别省市：江苏,32