一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法技术

本发明专利技术公开了一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法，属于电机故障判断领域。它包括以下步骤：采集仪通过电流夹钳与电压夹采集电压和电流数据，进行电流的频谱分析，若电流信号正常，电机转子无断条故障，若电流信号异常，在与电源频率相差二倍转差频率的位置上将各出现一个边频带时，进行下一步；对电压进行频谱分析，若电压信号正常，电机转子无断条故障，若电压信号异常，在与电源频率相差二倍转差频率的位置上将各出现一个边频带时，再进行振动信号分析，判断电机是否存在断条故障。针对现有技术的异步电机的转子断条故障中的电机电流信号分析法存在误判的问题，它采用定子电流、定子电压和振动信号依次判断的方式，来检测转子断条故障，降低了误判率。

A fault diagnosis method for rotor broken bar of asynchronous motor with integrated signal and vibration signal

The invention discloses a method for judging the fault of the rotor bar of an asynchronous motor with integrated electrical signals and vibration signals, which belongs to the field of motor fault judgment. It includes the following steps: collecting instrument clamping voltage and current data acquisition through current and voltage clamp, spectrum analysis of current, if the current signal is normal, fault of motor rotor, if the current signal is abnormal, with power frequency is two times the slip frequency on the position of the emergence of a side band. For the next step; the spectrum analysis of voltage, if the voltage signal is normal, fault of motor rotor, if the voltage signal is abnormal, in the position of admiral and the power supply frequency is two times the slip frequency of a frequency band, then vibration signal analysis, to determine whether the motor has fault. The motor current signal analysis method of the rotor broken bar fault of the existing technology has the problem of misjudgement. It uses stator current, stator voltage and vibration signal to judge the way to detect the broken bar fault and reduce the false positive rate.

【技术实现步骤摘要】
一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法
本专利技术涉及电机故障判断领域，尤其涉及一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法。
技术介绍
随着现代科学技术的进步和电力系统规模日趋庞大，电机在现代工业生产中充当着越来越重要的角色。电机故障不仅会损坏电机本身，影响整个系统的正常运转,严重的情况下甚至危及人身安全，造成巨大的经济损失和重大的社会影响，因此对电机故障的诊断具有重要意义和工程实用价值。研究高压异步电机的监测和故障诊断技术，对预防高压异步电机故障的发生,及时发现并消除故障，保证感电机可靠运行，提高生产效率都具有十分重要的意义。电机在运行过程中难免会发生故障，转子断条故障是其常见的故障之一。这主要由于电磁力、热应力和机械应力等作用，使转子导条断裂。转子故障会造成电机振动、转速波动、功率下降，同时伴随着噪声、转子过热等现象，严重时电机无法工作。因此，对电机转子断条故障情况进行及时检测是很有必要的。目前异步电机的转子断条故障判断方法以检测电机的电流为主，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。再是高压异步电机一般都在6kV或者10kV，此检测存在安全隐患，并且准确率低，效果不明显，在实践过程中，曾多次出现误判和漏判，严重影响现场正常生产。中国专利技术专利申请，申请号：201510148103.7，公开日：2015年6月10日，公开了一种基于振动信号检测笼型感应电动机转子断条故障的方法及实现该方法的装置，涉及笼型感应电机及其检测
解决了现有对笼型感应电动机转子断条故障的检测方法中易出现误判以及不能随时检测的问题。该专利技术检测笼型感应电动机断条故障采用非侵入式的方法，即不需要拆卸和重新装配电机，就可以对电机断条故障进行检测。当电机在稳定运行时，不用停止工作，就可以通过振动信号对转子断条故障进行检测，而不受其他外界因素的影响，该检测方法操作简单，并且便于对断条故障进行定期的检修、维护，能够及时发现问题并采取相应措施，从而能够保证电机的正常运行。其不足之处在于：测试点的选取直接影响着能否及时有效的在第一时间内识别出断条是否存在故障，而电机外壳表面区域较大，具体如何选择测试点，该专利并没有公开。中国专利技术专利，申请号：201510107397.9，公开日：2015年7月15日，公开了一种综合考虑电机电流和电压的转子故障诊断方法，该专利技术综合考虑电机的电流和电压信息，并据此计算出一个评估转子故障严重程度的故障指标，该指标可以实现电机转子断条故障的诊断和量化；该方法综合考虑了电压和电流信号，排除了电机的控制策略和控制参数对诊断结果的影响，因为他们的影响最终会反应到电机的电压，而电压已经考虑在本专利技术之内；负载和转矩变化对故障诊断指标的影响较小；同时，该方法并不会增加系统的硬件开支，其故障诊断程序可嵌入到逆变器的控制器当中，并能够实现在线转子故障诊断，具有较大的实际意义。其不足之处在于，该专利技术仍然依赖于定子电流信号判断转子断条故障，一旦定子电流受到负载波动影响，通过定子电压和电流耦合的控制策略判断，仍然存在误判的可能性。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题针对现有技术的异步电机的转子断条故障中的电机电流信号分析法存在误判的问题，本专利技术提供了一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法。它采用定子电流、定子电压和振动信号依次判断的方式，来检测转子断条故障，降低了误判率。2.技术方案为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法，其步骤为：A、构建一种异步电机转子断条故障检测系统；B、将Ia、Ib、Ic电流夹钳分别一一对应的接于A、B、C相电缆，注意电流钳的连接方向，要使得电流钳上箭头的方向指向电动机方向；C、将Va、Vb、Vc电压夹分别一一对应的夹在A、B、C相接线柱上；D、检测电流的相序，如显示顺序为Ia、Ib、Ic且相位角为120度，则连接正确。E、检测电压的相序，如显示的顺序为Vab、Vbc、Vca且相位角为120度，则连接正确；F、检测相位滞后角，使得三相滞后角相匹配，说明电流夹钳与电压夹匹配正确；G、将加速度压电传感器通过磁座固定在异步电机的外壳位置上；H、在采集仪内设置一定的采集波形长度及上限频谱范围，进行振动信号的采集；I、根据异步电机运行不同工艺状况，设置不同的采集时间，在不同工艺状况下进行振动信号的采集；J、异步电机运行后，采集仪通过电流夹钳与电压夹采集电压和电流数据，进行电流的频谱分析，若电流信号正常，电机转子无断条故障，若电流信号异常，在与电源频率相差二倍转差频率的位置上将各出现一个边频带时，进行下一步；K、对电压进行频谱分析，若电压信号正常，电机转子无断条故障，若电压信号异常，在与电源频率相差二倍转差频率的位置上将各出现一个边频带时，进行下一步；L、通过异步电机运行在不同工艺状况下，进行振动信号采集并分析，得出结论。优选地，所述的一种异步电机转子断条故障检测系统包括加速度传感器、电能分析仪和采集仪，电能分析仪的电流夹钳分别一一对应的接于A、B、C相电缆，电能分析仪的电压夹分别一一对应的夹在A、B、C相接线柱上；加速度传感器的磁座固定在电机外壳对应定子的部位，加速度传感器和电能分析仪均与采集仪连接。优选地，当电机为高压电机时，所述的一种异步电机转子断条故障检测系统包括电压互感器和电流互感器，电流互感器穿过A、B、C相电缆，电流互感器的输出端与电能分析仪连接，电压互感器一次端连接在A、B、C相接线柱上，电压互感器二次端与电能分析仪连接，电能分析仪和采集仪连接。优选地，采集仪的电压和电流的倍数设置对应分别与电压互感器和电流互感器的变比相同。优选地，步骤G中电流的频谱分析步骤为：一台级数为p的异步电机，电网供电频率为f时，工作时定子绕组产生磁动势m1，其基波表达是为：m1＝k1N1I1sin(ωt-pθ)(1-1)式中k1——与极对数，绕组系数有关常数；N1——定子绕组每相匝数；I1——定子电流；ω——电网角频率；θ——以机械角度表示的初相角；转子绕组相位角：φ＝θ-ωrt(1-2)式中ωr——转子旋转角速度；对于两级电机其磁动势：m1＝k1N1I1sin[(ω-ωr)t-φ](1-3)转子转速与定子旋转磁场转速之差即转差率，转子绕组在定子旋转磁场作用下，将感应电势产生电流，建立一个与定子磁动势相配合的转子磁动势，转子磁动势基本表达式为：m2＝k2N2I2sin[(ω-ωr)t-φ](1-4)式中k2——与极对数和转子绕组系数有关常数；N2——转子绕组每相匝数；I2——转子电流；当转子绕组存在故障时，如有断条或者开裂等，转子电流的磁势被sin2φ所调制，此时转子绕组磁动势表达式：m2＝k2N2I2sin[(ω-ωr)t-φ]sin2φ(1-5)因此由于转子磁势和定子磁势的相互平衡的，将式(1-2)代入，则得到反映到定子的磁势的表达式：对于两极电机，其转差率：即：ωr＝(1-s)ω(1-9)将式(1-9)代入式(1-7)得：通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法，其特征在于：A、构建一种异步电机转子断条故障检测系统；B、将Ia、Ib、Ic电流夹钳分别一一对应的接于A、B、C相电缆，注意电流钳的连接方向，要使得电流钳上箭头的方向指向电动机方向；C、将Va、Vb、Vc电压夹分别一一对应的夹在A、B、C相接线柱上；D、检测电流的相序，如显示顺序为Ia、Ib、Ic且相位角为120度，则连接正确。E、检测电压的相序，如显示的顺序为Vab、Vbc、Vca且相位角为120度，则连接正确；F、检测相位滞后角，使得三相滞后角相匹配，说明电流夹钳与电压夹匹配正确；G、将加速度压电传感器通过磁座固定在异步电机的外壳位置上；H、在采集仪内设置一定的采集波形长度及上限频谱范围，进行振动信号的采集；I、根据异步电机运行不同工艺状况，设置不同的采集时间，在不同工艺状况下进行振动信号的采集；J、异步电机运行后，采集仪通过电流夹钳与电压夹采集电压和电流数据，进行电流的频谱分析，若电流信号正常，电机转子无断条故障，若电流信号异常，在与电源频率相差二倍转差频率的位置上将各出现一个边频带时，进行下一步；K、对电压进行频谱分析，若电压信号正常，电机转子无断条故障，若电压信号异常，在与电源频率相差二倍转差频率的位置上将各出现一个边频带时，进行下一步；L、通过异步电机运行在不同工艺状况下，进行振动信号采集并分析，得出结论。...

【技术特征摘要】
1.一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法，其特征在于：A、构建一种异步电机转子断条故障检测系统；B、将Ia、Ib、Ic电流夹钳分别一一对应的接于A、B、C相电缆，注意电流钳的连接方向，要使得电流钳上箭头的方向指向电动机方向；C、将Va、Vb、Vc电压夹分别一一对应的夹在A、B、C相接线柱上；D、检测电流的相序，如显示顺序为Ia、Ib、Ic且相位角为120度，则连接正确。E、检测电压的相序，如显示的顺序为Vab、Vbc、Vca且相位角为120度，则连接正确；F、检测相位滞后角，使得三相滞后角相匹配，说明电流夹钳与电压夹匹配正确；G、将加速度压电传感器通过磁座固定在异步电机的外壳位置上；H、在采集仪内设置一定的采集波形长度及上限频谱范围，进行振动信号的采集；I、根据异步电机运行不同工艺状况，设置不同的采集时间，在不同工艺状况下进行振动信号的采集；J、异步电机运行后，采集仪通过电流夹钳与电压夹采集电压和电流数据，进行电流的频谱分析，若电流信号正常，电机转子无断条故障，若电流信号异常，在与电源频率相差二倍转差频率的位置上将各出现一个边频带时，进行下一步；K、对电压进行频谱分析，若电压信号正常，电机转子无断条故障，若电压信号异常，在与电源频率相差二倍转差频率的位置上将各出现一个边频带时，进行下一步；L、通过异步电机运行在不同工艺状况下，进行振动信号采集并分析，得出结论。2.根据权利要求1所述的一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法，其特征在于，所述的一种异步电机转子断条故障检测系统包括加速度传感器、电能分析仪和采集仪，电能分析仪的电流夹钳分别一一对应的接于A、B、C相电缆，电能分析仪的电压夹分别一一对应的夹在A、B、C相接线柱上；加速度传感器的磁座固定在电机外壳对应定子的部位，加速度传感器和电能分析仪均与采集仪连接。3.根据权利要求1或2所述的一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法，其特征在于，当电机为高压电机时，所述的一种异步电机转子断条故障检测系统包括电压互感器和电流互感器，电流互感器穿过A、B、C相电缆，电流互感器的输出端与电能分析仪连接，电压互感器一次端连接在A、B、C相接线柱上，电压互感器二次端与电能分析仪连接，电能分析仪和采集仪连接。4.根据权利要求3所述的一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法，其特征在于，采集仪的电压和电流的倍数设置对应分别与电压互感器和电流互感器的变比相同。5.根据权利要求1所述的一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法，其特征在于，步骤G中电流的频谱分析步骤为：一台级数为p的异步电机，电网供电频率为f时，工作时定子绕组产生磁动势m1，其基波表达是为：m1＝k1N1I1sin(ωt-pθ)(1-1)式中k1——与极对数，绕组系数有关常数；N1——定子绕组每相匝数；I1——定子电流；ω——电网角频率；θ——以机械角度表示的初相角；转子绕组相位角：φ＝θ-ωrt(1-2)式中ωr——转子旋转角速度；对于两级电机其磁动势：m1＝k1N1I1sin[(ω-ωr)t-φ](1-3)转子转速与定子旋转磁场转速之差即转差率，转子绕组在定子旋转磁场作用下，将感应电势产生电流，建立一个与定子磁动势相配合的转子磁动势，转子磁动势基本表达式为：m2＝k2N2I2sin[(ω-ωr)t-φ](1-4)式中k2——与极对数和转子绕组系数有关常数；N2——转子绕组每相匝数；I2——转子电流；当转子绕组存在故障时，如有断条或者开裂等，转子电流的磁势被sin2φ所调制，此时转子绕组磁动势表达式：m2＝k2N2I2sin[(ω-ωr)t-φ]sin2φ(1-5)因此由于转子磁势和定子磁势的相互平衡的，将式(1-2)代入，则得到反映到定子的磁势的表达式：对于两极电机，其转差率：即：ωr＝(1-s)ω(1-9)将式(1-9)代入式(1-7)得：通过分析(1-10)可发现，磁动势表达式中第一项磁动势分量有3ωt和3θ；将在三相定子绕组中产生一个零序电动势，次电动势对电源电流无影响；第二项磁动势分量中有一个比电源角频率低2sω的分量，由于调制作用，定子电流将出现节拍变化，从而使异步电机转子转速将按2倍滑差频率波动；转速波动将使异步电机的电流在以电源频率为中心，在±2sf上下之间波动变化，由于电机定子中三次谐波磁通的调制作用，转速和电流的波动更加明显；变频电流的幅值和基频电流幅值的比值大小，与异步电机转子断条(开裂)损坏程度有直接关系。6.根据权利要求1所述的一种综合电信号和振动信号的异步电机转子断条故障判断方法，其特征在于，步骤H中电压的频...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾维龙，王顺利，张继海，刘健，王岿，
申请(专利权)人：马鞍山马钢华阳设备诊断工程有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34