检测转子条故障的方法以及估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法技术

提供一种检测电机的转子条故障的方法，所述方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述在线信号的集合包括至少一个振动信号和磁通量信号的加和信号，每个磁通量信号是从位于电机的外表面上的相应通量传感器获得的；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；以及当在线异常指示符值偏离基线异常指示符乘以阈值。基线异常指示符乘以阈值。基线异常指示符乘以阈值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】检测转子条故障的方法以及估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法


[0001]本专利技术广泛地涉及检测转子条(rotor bar)故障的方法以及估计由于电机(electrical machine)中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法。

技术介绍

[0002]电机(例如诸如感应电动机和发电机的旋转电机)是现代工业的主力。在诸如化学、造纸、制浆、水泥、纺织、包装等工业中，旋转电机被广泛用于诸如电动汽车、发电厂、起重机、电梯、印刷机、轧制(金属制品)、冷却和通风系统、流体循环泵、船舶和火车推进系统的各种应用中。
[0003]旋转电机可能经历诸如传动系失效、轴承故障、转子条破裂(cracked)或破损(broken)故障的各种故障以及诸如未对准、不平衡或机械松动的其它机械异常。转子条破损故障可以导致破损部件高速撞击定子绕组，从而导致旋转电机的失效。旋转电机中的机械异常可能破裂导致附加的输入电流，这反过来降低其效率。
[0004]旋转电机的意外灾难性失效可以导致收入方面的过度损失并且/或者可以危及生命和货物。因此，需要检测旋转电机中的任何故障，以减少由这种故障造成的损失。对旋转电机的持续监视对于缓解任何会导致重大维修工作成本和停机损失的意外灾难性失效非常重要。
[0005]常规上，通过电动机电流特征(signature)分析(MCSA)和振动特征分析检测和诊断破损/破裂转子故障。转子条中的机械故障在径向转子运动中产生振动，这转而以转子机械旋转频率产生扭矩振荡。通过监视电流中的旋转频率分量以及振动信号中的极点通过频率或转子条通过频率分量，可以检测与转子条相关联的机械故障。然而，电流和振动信号对于在早期阶段检测破损转子条故障较不灵敏。
[0006]当前，基于振动的维护规划(scheduling)在各个行业中被广泛采用。然而，这种基于振动的维护规划不考虑直到振动水平到达根据ISO标准的“不可接受”或“不推荐”值为止的附加运行支出(OPEX)。这可能导致直到到达下一次规划的维护为止由于装备中的机械异常导致附加支出。未能规划较早的维护也会缩短装备的运行寿命，从而降低装备使用寿命的利用率。
[0007]因此，存在对试图解决或至少改善上述问题之一的检测转子条故障的方法以及估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法的需要。

技术实现思路

[0008]根据一个方面，提供了一种检测电机的转子条故障的方法，所述方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述在线信号的集合包括至少一个振动信号和磁通量信号的加和信号，每个磁通量信号是从位于电机的外表面上的相应通量传感器获得的；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示
符值进行比较；以及当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定破损或破裂转子的存在。
[0009]电机可以是电动机或发电机，包括，具有圆筒形框架的定子，圆筒形框架包括布置在圆筒形框架中的多个导电绕组；具有同心安装且可在定子的圆筒形框架内旋转的圆筒形主体的转子，所述转子具有驱动端和非驱动端；以及同轴安装到转子的细长的轴构件，所述轴构件在驱动端从转子突出。
[0010]从电机获取在线信号的集合的步骤可以包括，获取并加和p个通量信号的集合以获得总通量信号，其中，p个通量信号的集合是从沿定子的圆筒形框架的圆周靠近定子定位的p个通量传感器获取的，使得沿圆筒形框架的圆周的任何两个相邻通量传感器相对于圆筒形框架的纵轴具有360/p度的角度间隔，其中，p代表电动机或发电机的总极数；从加速计获取一个或多个振动信号；以及任选地获取电机的相电流或线电流。
[0011]方法还可以包括从在线信号的集合计算在线负载值的集合，所述在线负载值的集合是选自包括电机的轴速度值、转差(slip)值以及相电流或线电流的RMS值的组中的一个或多个。
[0012]从在线信号的集合提取在线异常指示符值的步骤可以包括计算总通量信号的一个或多个频率分量的幅度的RMS值，所述频率分量与转子条故障相关联。
[0013]计算RMS值的步骤可以包括对总通量信号执行傅里叶变换；以及从总通量信号的频谱提取频率分量的幅度。
[0014]方法还可以包括在获取在线信号的集合之前当电机处于健康状况时执行电机的初始校准，初始校准包括，获取并存储从空载状况到满载状况的一系列载荷状况下的基线负载值的集合，其中，基线负载值的集合是选自包括电机的轴速度值、转差值以及相电流或线电流的RMS值的组中的一个或多个。
[0015]初始校准还可以包括当电机处于健康状况时，提取与从空载状况到满载状况的载荷状况的集合对应的基线异常指示符值的集合；其中，提取对应载荷状况的基线异常指示符值包括，获取并加和p个通量信号的集合，以获得对应载荷状况的总通量信号；对总通量信号执行傅里叶变换以获得总通量信号的幅度；以及从总通量信号的频谱提取频率分量的幅度。
[0016]方法还可以包括在将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较之前识别对应载荷状况，其中，识别对应载荷状况的步骤包括，将来自电机的在线负载值的集合与基线负载值的集合进行比较，以识别对应载荷状况；以及选择识别的对应载荷状况基线异常指示符值。
[0017]方法还可以包括提供电机的参数值的输入，所述参数值包括电机的极数、满载电流和满载转差。
[0018]根据另一方面，提供了一种其上存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，该指令用于指示系统的处理单元执行在电机的在线运行期间检测破损或破裂转子条的方法，所述方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述在线信号的集合包括至少一个振动信号、磁通量信号的加和信号，每个磁通量信号是从位于电机的外表面上的相应通量传感器获得的；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；以及当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘
以阈值时，确定破损或破裂转子的存在。
[0019]根据另一方面，提供一种估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法，该方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述信号的集合包括至少一个振动信号、至少一个磁通量信号和至少一个电流信号；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定机械异常的存在；以及计算时间帧内的附加运行支出，所述时间帧从当确定机械异常时的实例(instance)开始，直到当电机的总体振动速度预计到达限定的不可接受范围时的实例为止。
[0020]电机可以是电动机或发电机，该电机包括，具有圆筒形框架的定子，该圆筒形框架包括布置在圆筒形框架中的多个导电绕组；具有同心安装且可在定子的圆筒形框架内旋转的圆筒形主体的转子，所述转子具有驱动端和非驱动端；以及同轴安装到转子的细长的轴构件，所述轴构件在驱动端从转子突出。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种检测电机的转子条故障的方法，所述方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述在线信号的集合包括至少一个振动信号和磁通量信号的加和信号，每个磁通量信号是从位于电机的外表面上的相应通量传感器获得的；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；以及当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定破损或破裂转子的存在。2.根据权利要求1所述的方法，其中，电机是电动机或发电机，所述电机包括，具有圆筒形框架的定子，所述圆筒形框架包括布置在所述圆筒形框架中的多个导电绕组；具有同心安装且可在定子的圆筒形框架内旋转的圆筒形主体的转子，所述转子具有驱动端和非驱动端；以及同轴安装到转子的细长的轴构件，所述轴构件在驱动端从转子突出。3.根据权利要求2所述的方法，其中，从电机获取在线信号的集合包括，获取并加和p个通量信号的集合以获得总通量信号，其中，p个通量信号的集合是从沿定子的圆筒形框架的圆周靠近定子定位的p个通量传感器获取的，使得沿圆筒形框架的圆周的任何两个相邻通量传感器相对于圆筒形框架的纵轴具有360/p度的角度间隔，其中，p代表电动机或发电机的总极数；从加速计获取一个或多个振动信号；以及任选地获取电机的相电流或线电流。4.根据权利要求3所述的方法，还包括从在线信号的集合计算在线负载值的集合，所述在线负载值的集合是选自包括电机的轴速度值、转差值以及相电流或线电流的RMS值的组中的一个或多个。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，从在线信号的集合提取在线异常指示符值包括计算总通量信号的一个或多个频率分量的幅度的RMS值，所述频率分量与转子条故障相关联。6.根据权利要求5所述的方法，其中，计算RMS值包括，对总通量信号执行傅里叶变换；以及从总通量信号的频谱提取频率分量的幅度。7.根据权利要求2至6中的任一项所述的方法，还包括在获取在线信号的集合之前当电机处于健康状况时执行电机的初始校准，所述初始校准包括，获取并存储从空载状况到满载状况的一系列载荷状况下的基线负载值的集合，其中，基线负载值的集合是选自包括电机的轴速度值、转差值以及相电流或线电流的RMS值的组中的一个或多个。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述初始校准还包括当电机处于健康状况时，提取与从空载状况到满载状况的载荷状况的集合对应的基线异常指示符值的集合；其中，提取对应载荷状况的基线异常指示符值包括，获取并加和p个通量信号的集合，以获得所述对应载荷状况的总通量信号；
对总通量信号执行傅里叶变换以获得总通量信号的幅度；以及从总通量信号的频谱提取频率分量的幅度。9.根据权利要求7或8所述的方法，还包括在将在线异常指示符值与所述对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较之前识别所述对应载荷状况，其中，识别所述对应载荷状况的步骤包括，将来自电机的在线负载值的集合与基线负载值的集合进行比较，以识别所述对应载荷状况；以及选择识别的对应载荷状况的基线异常指示符值。10.根据权利要求2至9中的任一项所述的方法，还包括提供电机的参数值的输入，所述参数值包括电机的极数、满载电流和满载转差。11.一种其上存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令用于指示系统的处理单元执行在电机的在线运行期间检测破损或破裂转子条的方法，所述方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述在线信号的集合包括至少一个振动信号、磁通量信号的加和信号，每个磁通量信号是从位于电机的外表面上的相应通量传感器获得的；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；以及当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定破损或破裂转子的存在。12.一种估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法，所述方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，信号的所述集合包括至少一个振动信号、至少一个磁通量信号和至少一个电流信号；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定机械异常的存在；以及计算时间帧内的附加运行支出，所述时间帧从当确定机械异常的实例时开始，直到当电机的总体振动速度预计到达限定的不可接受范围时的实例为止。13.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：