用于检测感应电机中电动机内部故障的方法和装置制造方法及图纸

一种在状况监测系统中识别负载和电动机故障信息的方法，包括如下步骤：　　　　同时采样运行中的感应电机的电压和电流数据（４０）；　　　　由部分采样的电压和电流数据确定无功功率的指示（４８）；以及　　　　使用所述的无功功率的指示确定电动机内部的故障。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及感应电机的监测以及，更具体的地说，涉及用于在感应电机中确定电动机故障信息的方法和装置。
技术介绍
电动机，例如三相AC感应电动机被用于各种商业和工业环境中。制冷系统，印刷机，装配线，以及许多其它的应用都使用这样的电动机。不论是何种应用，及时地检测电动机的故障是至关重要的。一般地，直到所述的电动机完全损坏为止，电动机的故障并不能被检测出来，因此将产生因过量的花费，停工延误并修理，以及潜在的危险的情形而造成的损害的情况。结果需要高效地并且有效地检测电动机的故障。当诸如电动机或发电机的感应电机出现机械的或电气的问题时，在需要它们完全失效之前确定所述的问题。一些问题能够导致感应电机的崩溃或是过早的失效。例如电气不平衡，未对准，气隙，和转子不平衡能够导致感应电机的不正确的运转。电机的内部缺陷例如轴承故障，在制造过程中对电机引入材料及结构的缺陷，以及过热可以产生其它的问题。典型的电动机监测系统监测提供给感应电动机的有功功率，将其作为所述电动机及其驱动的负载的健康/状况的指示。然而，传输进感应电机或电动机的有功功率依赖于外部因素或电动机本身以外的考虑。经常对提供给感应电动机有功功率进行检查，以便确定归因于电机的负载的以及电机本身的故障条件。例如，对感应电动机频谱有功功率中非期望的谐波或对期望的谐波的扰动的监测将提供与负载和电动机的组合相关联的故障信息。然而，相对于电动机内部的故障来说，有功功率的频谱中的谐波据信是对负载故障的更好的指示。这样，将难以辨识属于电动机本身的故障还是负载或电动机驱动的故障。因此，已经开发了一些方法以便区分电动机内部故障和属于电机负载的故障。这些方法中的一种使用感应电机三相中的电流和电压值估算基本上不受电机扭距作用影响的电流。这种方法将估算的电流值与实际的电流值进行比较以确定是否存在故障。这样，需要为感应电机的运转建模，或者另一种方案是，产生为一个以上的感应电机所共用的一组基线值。然而，生成非给定电机所特有的基线值没有将每台电机运转中的细微差别考虑在内，这可导致不正确或是错误的故障状况检测。此外，这种方法需要计算电动机中的磁链，这增加了复杂性以及状况监测系统的花费。因此，希望设计一种更有效的系统以分辩感应电机中电动机的内部故障。专利技术概述本专利技术涉及一种状况监测系统，用于确定感应电机中的电动机内部故障，它克服了上述的缺点。根据本专利技术，从运转的感应电动机中获得电压以及电流数据。从所述的电压和电流数据中，计算“d”轴以及“q”轴的电压和“d”轴以及“q”轴的电流。然后，对所述的轴电压和轴电流进行参考坐标变换(reference frame transformation)。从变换的电压和电流值中，确定瞬间的无功以及传递到所述的感应电机的有功功率。然后，使用对所述的瞬间有功功率以及瞬间无功功率的检查确定负载和电动机故障信息。特别是，对瞬间无功功率的频谱分析提供对电动机内部故障的指示，而瞬间有功功率的频谱提供对电动机驱动或负载故障的指示。因此，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于在状况监测系统中用于识别负载和电动机故障信息的方法。所述的方法包括同时采样正在运行的感应电机的电压和电流数据的步骤。然后，用一部分电压和电流采样数据确定无功功率的指标。所述的方法进一步包括用所述的无功功率的指标确定电动机内部的故障的步骤。根据本专利技术的另一个方面，一种感应电机监测系统包括至少一个电压传感器和至少一个电流传感器，以及连接于所述的电压传感器和电流传感器的控制器。所述的控制器被配置为从所述的至少一个电压传感器和至少一个电流传感器接收电压和电流数据，并且由这些电压和电流数据确定瞬间无功功率。所述的控制器被进一步配置用于产生所述的瞬间无功功率的频谱，并且至少由所述的频谱确定电动机故障。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于区分电动机故障和交流感应电动机负载故障的装置。所述的装置包括用于获得至少两个交流电动机电流信号的至少两个电流传感器，以及用于获得至少两个交流电动机电压信号的至少两个电压传感器。提供模数转换器用于将所述的至少两个交流电动机信号转换成数字化的电流信号，并且将所述的至少两个交流电动机电压信号转换成数字化的电压信号。所述装置进一步包括微处理器，用于接收所述的数字化信号并且将瞬间无功功率与一组基线无功功率进行比较以确定电动机中的电动机故障。本专利技术可以使用硬件以及/或软件实现。这样，在本专利技术的一个方面中，使用存储有计算机程序的计算机可读存储介质以确定交流感应电动机中的故障。所述的计算机程序表示一组指令，当它们被计算机执行时，将使得计算机监测其上具有负载且已知是正常运转的交流电动机的运转。然后使所述的计算机由所述模型确定基线运行。所述的一组指令进一步使计算机获得运转的交流电动机的实时电压和实时电流数据，并且用所述的实时电压和实时电流数据确定交流电动机的无功功率。然后，计算机比较所述的无功功率和基线运转，并且由此确定交流电动机中所存在的故障状态。根据本专利技术的另一个方面，一种用于交流感应电动机的电动机故障探测器包括用于获得运转中的交流电动机的电压和电流数据的装置。所述的探测器还包括用所述的交流电动机的电压和电流数据确定瞬间无功功率的装置。本专利技术还提供了用于由所述的瞬间无功功率确定交流电动机的内部故障的装置。从下面的详细说明以及附图中，可以明白本专利技术的各种特征，目的，以及优点。附图说明附图表示了目前构思的用于实施本专利技术的一种最佳实施例。在附图中图1是根据本专利技术的一种感应电机监测系统的示意图；图2是用于图1中所示的感应电动机监测系统的故障检测方案的方块图。优选实施例的详细描述本专利技术的操作环境将结合图1中所示的三相交流感应电动机进行说明。然而，应当理解，本专利技术同样适用于单相或多相交流电动机以及其它类型的电动机。图1～2表示了一种结合有根据本专利技术的故障检测方案的电动机故障探测器。参看图1，电动机故障探测系统10包括通过传输线16a，16b以及16c与电动机14相连的电源12。系统10还包括带有模数转换器20(A/D转换器)的通用计算机18，它用来监测通过传输线16a～16c传输给电动机14的电流和电压。电流传感器或变换器22a和22b获得传送到电动机14的电流的波形，并且通过传输线24a和24b将波形的表示传送到A/D转换器20。电压传感器或变换器26a和26b获得提供给电动机14的电压的波形，并且通过传输线28a和28b将波形的表示传送到A/D转换器20。A/D转换器20接收所述的电流和电压的波形表示并且将其数字化以便容易地获得所述波形的测量。所述的计算机具有微处理器30，它从A/D转换器20处接收数字化的信号，并且执行使得所述的微处理器30分析所述的数字化的信号的计算机程序，这将参照图2进行说明。计算机18包括与微处理器30相连的超控端子，当其被启动时允许交流感应电动机14的用户超控微处理器30的输出。这种超控对于延迟关机以及在不管电动机的故障而必须继续进行处理的情况下的重要应用是有用的。微处理器30通过输出端子34向电动机14的使用者输出数据。如结合图2将更详细地说明的，本专利技术使用在本领域中公知的一般被称为参考坐标变换的变换。与快速傅立叶变换(FFT)不同，参考坐标变换是一种变换数字数据的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：T·G·哈贝特勒，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：