一种变频电机故障监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种变频电机故障监测系统，属于故障诊断领域。该系统通过采集电机设备的动态电流信号、轴承振动信号、轴承温度信号，对应计算电机的电气故障特征指标、振动故障特征指标、温度故障特征指标；将振动故障特征指标、温度故障特征指标分别带入动态配置的报警阈值模型函数，求出振动报警阈值和温度报警阈值，电气报警阈值采用国标设定，用于进行预警判断。本发明专利技术利用变频电机的多种类型信号进行故障特征指标判别，对于其中的电气故障特征指标，采用国标阈值进行报警判断；对于其中的振动和温度故障特征指标，采用报警阈值模型函数计算的阈值进行报警判断，提高设备报警准确性，降低漏报、误报率。

【技术实现步骤摘要】
一种变频电机故障监测系统
本专利技术属于设备状态监测与故障诊断领域，具体涉及一种变频电机故障监测系统。
技术介绍
现有技术中，变频电机的应用越来越广泛，保证设备的安全高效运行，减少非计划停机，提高设备的运转率和安全生产具有重要意义。传统的电机设备状态监测存在监测指标单一，在变转速情况下，由于监测指标报警阈值为固定设置，且设置的不合理，导致报警不准确，出现故障误报的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种变频电机故障监测系统，用于解决现有技术监测变频电机容易出现故障误报的问题。基于上述目的，一种变频电机故障监测系统的技术方案如下：包括边缘侧数据采集模块、边缘侧特征提取模块、远端数据读取及参数下发模块和监测系统；其中，边缘侧数据采集模块用于进行变频电机的电流信号、轴承振动信号、轴承温度信号的同步采集；边缘侧特征提取模块用于根据电机设备的动态电流信号以及电机极对数，计算电机的实时转速，根据电机的实时转速结合电机设备的动态电流信号，计算电机的电气故障特征指标；根据电机的实时转速，结合电机设备的轴承振动信号，计算电机的振动故障特征指标；将所述轴承温度信号作为电机的温度故障特征指标；远端数据读取及参数下发模块用于与监测系统进行通信，获取监测系统发送的配置指令，将该配置指令并下发到边缘侧数据采集模块，使边缘侧数据采集模块根据该配置指令进行数据的同步采集；还用于与边缘侧特征提取模块通信，接收边缘侧特征提取模块发送的特征指标数据，并将这些特征指标数据上传至监测系统；监测系统用于将振动故障特征指标、温度故障特征指标分别带入动态配置的报警阈值模型函数，求出振动报警阈值和温度报警阈值，报警阈值模型函数如下：f(s)＝λ[μ(s)+3σ(s)]式中，f(s)为报警阈值，μ(s)为振动故障特征指标的均值与转速的关系函数，或为温度故障特征指标的均值与转速的关系函数；σ(s)为振动故障特征指标的方差与转速的关系函数，或为温度故障特征指标的方差与转速的关系函数；λ为报警系数；振动和温度故障特征指标的均值与转速的关系函数，以及振动和温度故障特征指标的方差与转速的关系函数，均通过拟合电机在正常工作状态时，各转速工作下振动测点的相应故障特征指标与转速间的关系曲线得到；计算出当前时刻下电机的振动/温度故障特征指标的实际幅值，然后与报警阈值模型函数求得的振动/温度报警阈值对比，若超过振动/温度报警阈值，则进行相应的报警；比较计算出当前时刻下电机的电气故障特征指标的实际幅值，与相关国家标准设定的报警阈值，若超过报警阈值，则进行电气报警。上述技术方案的有益效果是：本专利技术的故障监测系统综合了变频电机的多种故障特征指标的判断，并且，对于振动故障特征指标和温度故障特征指标，能够实时的动态配置对应的报警阈值，使报警机制更加合理，提高了设备报警准确性，降低了漏报、误报率。进一步的，为了提高报警的可靠性，所述监测系统还用于在电机启动的前设定时间内，不做报警判断；超过所述设定时间后，进行报警判断。具体的，所述电机的电气故障特征指标包括：三相电流的峰值因子、电流不平衡度、相电流。所述电机的振动故障特征指标包括：电机轴承各个振动测点的通频幅值、工频幅值、二倍频幅值、三倍频幅值、轴承故障频率幅值、峭度指标。附图说明图1是本专利技术实施例的变频电机故障监测系统示意图；图2是本专利技术实施例的电机测点布置位置示意图；图3是本专利技术实施例的变频电机故障监测方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。本专利技术的一种变频电机故障监测系统，该系统的构成如图1所示，包括边缘侧数据采集模块、边缘侧特征提取模块、远端数据读取及参数下发模块和监测系统。其中，边缘侧数据采集模块用于进行变频电机的电流信号、振动信号、温度信号的同步采集。本实施例中，一种边缘侧数据采集模块的硬件构成主要包括振动传感器、电流传感器、温度传感器以及边缘智能采集器，采集器实时同步采集变频电机两端轴承的振动信号、温度信号以及三相动态电流信号。具体的电机测点布置位置如图2所示，其中测点1为电机驱动端轴承振动，测点2为电机自由端轴承振动，测点3为A相动态电流，测点4为B相动态电流，测点5为C相动态电流，测点6为电机驱动端轴承温度，测点7为电机自由端轴承温度。边缘侧特征提取模块用于根据同步采集的信号类型提取相应的特征值，提取的特征值包括电气指标、振动指标和温度指标，其中，电气指标包括根据同步采集的电流信号，计算三相电流的峰值因子、电流不平衡度、相电流；振动指标包括根据同步采集的振动信号，计算电机轴承各个振动测点的通频幅值(振动速度有效值)、工频幅值、二倍频幅值、三倍频幅值、轴承故障频率幅值、峭度指标；温度指标为根据同步采集的温度信号，计算电机轴承的温度值。上述各三类故障特征指标的计算过程如下：对于电气指标(即电气故障特征指标)：首先，根据电流信号的动态波形频率和电机极对数估算得出变频电机的实时转速。具体的，依据三相动态电流信号，通过傅里叶变换，可以得出电流的频率，结合监测系统下发的电机极对数参数值，可以估算电机的实时转速，该实时转速的估算公式如下：n＝60*f/p式中，n为电机转速；f为电流频率；p为电机极对数。计算出电机的实时转速后，同时依据三相动态电流信号，可以计算能反应电机电气故障的电气指标，如：三相电流的峰值因子、电流不平衡度、相电流。对于振动指标(即振动故障特征指标)：依据估算的电机转速值及采集的振动数据(即振动信号)，可以计算能反映电机机械方面故障的振动指标，如可以反映电机平衡、对中、弯曲、基础支撑方面问题的各个测点的工频及其二倍频、三倍频幅值特征；可以反映电机轴承故障的峭度指标、轴承内圈、外圈、滚动体、保持架特征频率幅值特征。对于温度指标(即温度故障特征指标)：温度指标直接采用采集到的轴承温度值。远端数据读取及参数下发模块用于进行信息的上传和下达，其中，下达过程为：与监测系统进行通信，获取监测系统发送的配置指令，将该配置指令(该配置指令包括振动信号采样频率、采样长度、电机极对数，用于控制振动信号的采样参数设置及振动故障特征指标的计算)下发到边缘侧数据采集模块，使边缘侧数据采集模块根据该配置指令进行数据的同步采集。上传过程为：与边缘侧特征提取模块通信，接收边缘侧特征提取模块发送的特征数据(即特征值)，并通过通信接口将这些特征数据上传至监测系统。本实施例中，远端数据读取及参数下发模块以数据包的形式进行数据上传和下达，即边缘侧特征提取模块计算出故障特征指标后，将这些数据打包成数据包，按照一定的数据上传策略将数据包进行上传，远端的数据接收模块按照设备组态的映射关系，对数据包进行解析并将其存储在监测系统的对应数据库中。监测系统用于展示监测设备的实时数据信息、报警信息、评价信息，同时还用于动态配置各故障特征指标(主要是振动指标和温度指标)的报警阈值，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变频电机故障监测系统，其特征在于，包括边缘侧数据采集模块、边缘侧特征提取模块、远端数据读取及参数下发模块和监测系统；其中，边缘侧数据采集模块用于进行变频电机的电流信号、轴承振动信号、轴承温度信号的同步采集；/n边缘侧特征提取模块用于根据电机设备的动态电流信号以及电机极对数，计算电机的实时转速，根据电机的实时转速结合电机设备的动态电流信号，计算电机的电气故障特征指标；根据电机的实时转速，结合电机设备的轴承振动信号，计算电机的振动故障特征指标；将所述轴承温度信号作为电机的温度故障特征指标；/n远端数据读取及参数下发模块用于与监测系统进行通信，获取监测系统发送的配置指令，将该配置指令并下发到边缘侧数据采集模块，使边缘侧数据采集模块根据该配置指令进行数据的同步采集；还用于与边缘侧特征提取模块通信，接收边缘侧特征提取模块发送的特征指标数据，并将这些特征指标数据上传至监测系统；/n监测系统用于将振动故障特征指标、温度故障特征指标分别带入动态配置的报警阈值模型函数，求出振动报警阈值和温度报警阈值，报警阈值模型函数如下：/nf(s)＝λ[μ(s)+3σ(s)]/n式中，f(s)为报警阈值，μ(s)为振动故障特征指标的均值与转速的关系函数，或为温度故障特征指标的均值与转速的关系函数；σ(s)为振动故障特征指标的方差与转速的关系函数，或为温度故障特征指标的方差与转速的关系函数；λ为报警系数；/n振动和温度故障特征指标的均值与转速的关系函数，以及振动和温度故障特征指标的方差与转速的关系函数，均通过拟合电机在正常工作状态时，各转速工作下振动测点的相应故障特征指标与转速间的关系曲线得到；/n计算出当前时刻下电机的振动/温度故障特征指标的实际幅值，然后与报警阈值模型函数求得的振动/温度报警阈值对比，若超过振动/温度报警阈值，则进行相应的报警；比较计算出当前时刻下电机的电气故障特征指标的实际幅值，与相关国家标准设定的报警阈值，若超过报警阈值，则进行电气报警。/n...

【技术特征摘要】
1.一种变频电机故障监测系统，其特征在于，包括边缘侧数据采集模块、边缘侧特征提取模块、远端数据读取及参数下发模块和监测系统；其中，边缘侧数据采集模块用于进行变频电机的电流信号、轴承振动信号、轴承温度信号的同步采集；
边缘侧特征提取模块用于根据电机设备的动态电流信号以及电机极对数，计算电机的实时转速，根据电机的实时转速结合电机设备的动态电流信号，计算电机的电气故障特征指标；根据电机的实时转速，结合电机设备的轴承振动信号，计算电机的振动故障特征指标；将所述轴承温度信号作为电机的温度故障特征指标；
远端数据读取及参数下发模块用于与监测系统进行通信，获取监测系统发送的配置指令，将该配置指令并下发到边缘侧数据采集模块，使边缘侧数据采集模块根据该配置指令进行数据的同步采集；还用于与边缘侧特征提取模块通信，接收边缘侧特征提取模块发送的特征指标数据，并将这些特征指标数据上传至监测系统；
监测系统用于将振动故障特征指标、温度故障特征指标分别带入动态配置的报警阈值模型函数，求出振动报警阈值和温度报警阈值，报警阈值模型函数如下：
f(s)＝λ[μ(s)+3σ(s)]
式中，f(s)为报警阈值，μ(s)为振动故障特征指标的均值与转速的关系函数，或为温度故障特征指标的均值与转速的关系函数；σ(...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鑫，陈磊，李永耀，雷文平，王宏超，李凌均，王丽雅，韩捷，
申请(专利权)人：郑州恩普特科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41