【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机故障检测，尤其涉及一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法。
技术介绍
1、转子断条是鼠笼电机常见故障形式之一，约占鼠笼电机全部故障的5％～10％左右。转子断条故障是典型的渐进性故障，具有潜伏性、隐匿性的特点。由于工作环境复杂、运行状态多变，变频驱动鼠笼电机故障发生几率急剧增加。因此，开发包括稳态和变速运行的、面向电机全运行状态的故障诊断方法对于及早发现故障、减少不必要的经济损失和人身伤亡具有十分重要的意义。
2、电机电流信号特征分析(mcsa)是公认的最有效的早期转子断条故障诊断技术。该技术以定子电流频谱中是否出现频率为fb＝(1±2s)f的谐波分量作为故障发生与否的判断依据，其中，fb代表转子断条故障特征频率，f代表电源频率，s代表电机滑差。实际应用中，故障特征分量fb＝(1±2s)f的可检测性受滑差s和频率f的双重制约。当电机低滑差或低频运行时，fb频率和幅值十分微弱，受f背景噪声影响，fb的识别极其不易。出于节能调速需要，变频驱动电机的f和滑差s可能随时处于变化状态，由此导致故障特征分量fb的频率和幅值也随之同时变化，在时变f噪声影响下，fb的识别异常困难。此外，电机负载及传动系统变化将导致滑差s波动或连续变化，进一步增加了故障特征分量fb的识别难度。现有的转子断条故障诊断方法要么以电机在某一转速下平稳运行的信号为基础，要么以某一阶段转速变化的信号为基础，这些方法虽然可以在电机某一运行状态下诊断出转子断条故障，但是由于方法缺少通用性，因此无法对全运行状态下的电机健康状况进行连续
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术提供了一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，通过设计的故障特征的时频追踪方案实现全运行状态下的电机健康状况连续监测，特别适合变频驱动电机平稳运行和转速连续变化运行条件下的转子断条故障诊断。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
3、一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，包括如下步骤：
4、a)获取电机连续运行条件下的单相定子电流信号数据，该步骤包括原始信号的采集、抗混叠低通滤波及a/d采样；
5、b)对由步骤a)获得的数据通过离散小波变换进行小波分解，选取含有故障特征的频带进行信号重构，获得与采样信号相等长度的小波重构信号x’(n)；
6、c)对由步骤b)得到的含有故障特征的离散小波变换重构信号，选取合适的窗函数对数据进行滑动时间窗处理；
7、d)对由步骤c)得到的加窗数据，通过频率估计方法进行频率搜索计算；
8、e)记录步骤d)所得到的结果，作为时频谱结果矩阵的第1列，返回到步骤c)，将窗口位置移动一个步长，再返回到步骤c)和步骤d)，以此类推，直到窗函数移动到数据结尾；
9、f)根据步骤e)计算所得到的结果，对电机健康状态进行诊断，通过观察时频谱中是否存在故障特征频率分量，即是否存在fb＝(1±2s)f随时间的演变过程，进而判断定子电流信号中是否存在故障；如果时频谱中存在故障特征频率分量fb＝(1±2s)f随时间演变的曲线，则电机存在转子断条故障；否则，电机为健康状态。其中，fb代表转子断条故障特征频率，f代表电源频率，s代表电机滑差。
10、进一步地，所述步骤a)中，采用电流互感器获取电机连续运行条件下的单相定子电流信号数据iaf(t)，以设定的采样频率fs对原始定子电流信号进行采集；
11、设鼠笼电机由理想变频器供电，若只考虑定子电流中基波分量的作用，则a相电流ia具有如式(1)所示的简化数学表达形式：
12、
13、其中，ωs＝2πf，f为电源基波频率，im为电流最大值，为电压和电流之间的相位差；
14、转子断条故障电机的定子电流表示为：
15、
16、式中，ibrb为故障电流，故障特征角频率ωo＝2πfo＝4πsf，fo＝2sf，ik,l、ik,r和分别为边频带谐波分量最大值和初相角，k为谐波分量次数；在上述特征频率中，常用来诊断转子断条故障的，是出现在频率f两侧、k＝1时的左右边频带谐波分量频率即转子断条故障特征频率fb；这时，如果忽略初始相位角，式(2)将取得如式(3)所示的简化数学表达形式：
17、ibrb＝imcos(ωst)+i1,lcos[(ωs+ωo)t]+i1,rcos[(ωs-ωo)t] (3)
18、与公式(3)相对应的转子断条故障特征频率fb的表达式如公式(4)所示：
19、fb＝(1±2s)f (4)
20、电机转速n与滑差s之间满足公式(5)的关系：
21、
22、式中，n0为电机同步转速；
23、因此，当电机运行时，转速n连续变化，滑差s随着转速n变化而变化，如公式(4)所示，转子断条故障特征频率fb又是滑差s的函数；因此，当电机转速n连续发生变化时，故障频率fb在频谱中的位置也随转速n变化而变化。
24、进一步地，所述步骤b)中，对由步骤a)获得的数据通过离散小波变换进行预处理，选取预处理后含有故障特征的频带进行信号重构；具体包括如下：
25、令x(n)为采样信号，则离散采样信号x(n)可以近似表示为如公式(6)所示的近似信号an和一些细节信号dj的和：
26、
27、其中，an,k和dj,k分别代表平移因子为k、分解层为n和j时的尺度系数和小波系数；φ为尺度函数，为小波函数；φn,k为平移因子为k的第n分解层尺度函数，为平移因子为k的第j分解层小波函数，j为分解层数，j＝1,2,…,n，n为最大分解层数；an为第n层近似信号，dj为第j层细节信号。
28、根据mallat算法，每层小波分解信号都与特定的频带相对应，该频带宽度与采样频率fs有关；令x(n)经小波分解后第j分解尺度下k时刻的低频分量系数为aj,k，高频分量系数为dj,k，进行单支重构后得到信号aj和dj，则aj和dj所包含信息的频带范围分别为[0,2-(j+1)fs]和[2-(j+1)fs,2-jfs]，j＝1,2,…,n。
29、根据电机运行的始末转速值确定滑差s的演变范围，由此确定故障特征频率fb的变化范围；由信号的采样频率fs计算离散小波分解层数以及各分解层相应的频带范围；将含有转子断条故障特征的频带进行信号重构，获得与采样信号相等长度的小波重构信号x’(n)。
30、进一步地，所述步骤c)中，对由步骤b)得到的含有故障特征的离散小波变换重构信号x’(n)，选取合适的窗函数对数据进行加窗处理；
31、设窗函数的长度为n，加窗以后的信号x’n(n)为：
32、x’n(n)＝x’(n)g(n) (7)
33、其中，g(n)为窗函数，窗函数g(n)的选择会直接影响原信号在频域的形状，故而需要本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，其特征在于，所述步骤A)中，采用电流互感器获取电机连续运行条件下的单相定子电流信号数据iaf(t)，以设定的采样频率fs对原始定子电流信号进行采集；
3.根据权利要求1所述的一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，其特征在于，所述步骤B)中，对由步骤A)获得的数据通过离散小波变换进行预处理，选取预处理后含有故障特征的频带进行信号重构；具体包括如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，其特征在于，所述步骤C)中，对由步骤B)得到的含有故障特征的离散小波变换重构信号x’(n)，选取合适的窗函数对数据进行加窗处理；
5.根据权利要求1所述的一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，其特征在于，所述步骤D)中，对由步骤C)得到的加窗数据，进行MUSIC运算；
6.根据权利要求1所述的一种基
7.用于实现权利要求1-6任意一项所述一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法的系统，其特征在于，所述系统包括：
8.一种计算机，其特征在于，包括处理器及以及与其连接的存储器；
9.一种计算机的可存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行，实现权利要求1～6中任意一项所述的一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，其特征在于，所述步骤a)中，采用电流互感器获取电机连续运行条件下的单相定子电流信号数据iaf(t)，以设定的采样频率fs对原始定子电流信号进行采集；
3.根据权利要求1所述的一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，其特征在于，所述步骤b)中，对由步骤a)获得的数据通过离散小波变换进行预处理，选取预处理后含有故障特征的频带进行信号重构；具体包括如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，其特征在于，所述步骤c)中，对由步骤b)得到的含有故障特征的离散小波变换重构信号x’(n)，选取合适的窗函数对数据进行加窗处理；
5.根据权利要求1所述的一种基于故障特征时频追踪的变频驱动电机转子故障诊断方法，其特征在于，所述步骤d)中，对...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾朱植，徐以英，杨玉鑫，祝洪宇，王士诚，刘佳鑫，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：
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