【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及监测电动机的领域，并且更具体地涉及使用基于图的定子电流特征分析的感应马达中的断条故障检测。
技术介绍
1、三相感应马达(induction motor，im)由于其优异的性能、高鲁棒性和构造的简单性而成为工业中的主要劳动力。然而，im经受不同类型的故障，诸如轴承故障、转子断条故障和偏心(eccentricity)。一旦发生断条故障，在操作期间将引起过度振动、较差的起动性能和扭矩波动。甚至更糟的是，这可能导致整个马达驱动系统的灾难性失败。因此，监测机器状况和检测马达驱动系统中的马达故障是非常重要的。
2、目前采用的用于故障检测的不同技术包括但不限于振动和声学噪声分析、电磁场监测和轴向流量测量、温度测量、红外识别和马达中定子电流的马达电流特征分析(motorcurrent signature analysis，mcsa)。
3、已经很好地研究和证明了转子故障的因果链。在健康状态下，三相定子绕组阻抗相同，并且感应转子条电流很好地平衡。分别在定子电流和转子电流中存在处于f和sf的频率分量，其中f是供应频率并且s是滑移。一旦转子条断裂，相应的电路分支就断开。由于转子电路的对称性的损失和在转子电流中出现的处于(-sf)的负频率分量，产生反向旋转磁场。这种负频率分量在定子电流中产生处于(1-2s)f的第一故障频率分量，从而导致频率为2sf的脉冲扭矩和速度振荡。因此，在定子电流的频谱中出现频率为(1±2ks)f的一组新频率分量以及在转子电流中出现频率为±(1+2k)sf的一组新频率分量(其中，k＝0，
4、基于定子电流频谱，mcsa方法旨在针对不同类型的故障(诸如，轴承故障、断条故障和偏心)提取特征频率分量。由于提供了显著的经济节约和简单的实现，这种技术在检测电动机中的机械故障方面受到越来越多的关注。然而，转子故障检测中的mcsa的最常见做法是处理静止状态下的线馈电im，或者假设马达速度和负载在短测量时段中是恒定的，参见例如us20160266207a1。由于现今电压源逆变器(voltage source inverter，vsi)驱动的im由于效率和碳中性而在工业环境中变得流行，其中，静止操作是非常不寻常的，所以常规mcsa方法不再适用或检测性能不佳。
5、例如，考虑到定子电流中的故障特征已经不易察觉，故障特征的幅值(magnitude)可以在不同负载和不同速度条件下变化。结果，当马达由逆变器驱动并且感应马达的转子条发生故障时，可能难以提取故障特征。
6、因此，需要一种用于基于电流特征分析来检测逆变器馈电感应马达的故障的方法和系统。
技术实现思路
1、本专利技术的一些实施方式的目的是提供一种系统和方法，该系统和方法适于基于对定子电流的分析来执行感应马达的断条故障检测，该定子电流通过感应马达的变化速度和变化负载操作给感应马达供电。以这种方式，断条故障检测可以与感应马达的操作连续且同时地执行，并且不需要重新启动感应马达。
2、一些实施方式的另一个目的是提供这样的系统和方法，其可以在感应马达由逆变器通过变化负载和变化速度馈电时执行断条故障检测。
3、本专利技术的一些实施方式基于以下认识：在故障状态下，给感应马达供电的所得定子电流在短时窗口的频域中是稀疏的。这是因为定子电流包括生成定子电流的电源的基频和由故障引起的故障频率分量。故障频率分量的频谱幅值通常较小。此外，具有最高幅值的故障频率分量具有接近基频(例如，在基频的5％内)的故障特征频率。
4、本专利技术的一些实施方式基于以下认识：由于操作速度的改变，故障频率分量从一个短时窗口到下一个短时窗口连续改变。
5、本专利技术的一些实施方式基于以下认识：基于图的信号降噪技术用于通过探索邻域信号的关系来对信号进行降噪。
6、这些认识导致以下认识：频率分量的稀疏性、频率分量的跨短时窗口的平滑性的组合，其中，稀疏性意味着每个短时窗口中仅几个(一个或两个)非零频率分量，并且平滑性意味着两个连续时间窗口的频率分量的差很小，并且邻域图信号的关系使得能够使用基于图的信号处理技术来检测断条故障特征频率分量。
7、因此，本专利技术的一些实施方式可以提供一种用于检测感应马达在操作期间的断条故障的计算机实现的方法。该计算机实现的方法可以包括：经由接口在时域中获取以基频给感应马达供电的定子电流的信号，其中，感应马达处于变化速度操作下；将定子电流转换为复空间向量；通过参考同步参考系将复空间向量变换为经变换的定子电流；对经变换的定子电流执行短时傅里叶变换(short time fourier transform，stft)以获得频谱图矩阵(spectrogram matrix)；从频谱图矩阵中去除dc分量；在频域中确定频谱图矩阵中的稀疏和平滑频率分量，其中，所述确定包括通过对频率分量施加平滑性约束和稀疏性约束来执行基于图的方法；以及如果频率分量包括频谱图矩阵中的连续改变的稀疏故障频率分量，则检测到感应马达中的故障。
8、此外，根据本专利技术的一些实施方式，提供了一种用于检测感应马达在操作期间的断条故障的故障检测系统。故障检测系统可以包括：接口，其被配置为经由传感器获取信号，其中，传感器中的一个传感器被布置为在时域中测量以基频给感应马达供电的定子电流的信号，其中，感应马达处于变化速度操作下；存储器，其用于存储包括权利要求1的计算机实现的方法和故障检测程序的计算机可执行程序；处理器，其被配置为执行以下步骤：将定子电流转换为复空间向量；通过参考同步参考系将复向量变换为经变换的定子电流；对经变换的定子电流执行短时傅里叶变换(stft)以获得频谱图矩阵；从频谱图矩阵去除dc分量；在频域中确定频谱图矩阵中的稀疏和平滑频率分量，其中，所述确定包括通过对频率分量施加平滑性约束和稀疏性约束来执行基于图的方法；以及如果频率分量包括频谱图矩阵中的连续改变频率分量和稀疏故障频率分量，则检测到感应马达中的故障。
9、将参考附图进一步解释当前公开的实施方式。所示的附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在示出当前公开的实施方式的原理上。
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1.一种用于检测感应马达在操作期间的断条故障的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量包括以所述信号的所述基频的至少两倍的采样率对所述信号进行采样。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述感应马达是三相鼠笼式感应马达。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复空间向量包括三相变量，其中，所述三相变量是定子的一组三相电压、所述定子电流的一组三相电流或所述定子关于所述感应马达的一组磁通。
9.一种用于检测感应马达在操作期间的断条故障的故障检测系统，所述故障检测系统包括：
10.根据权利要求9所述的故障检测系统，所述故障检测系统还包括：
11.根据权利要求10所述的故障检测系统，所述故障检测系统还包
12.根据权利要求10所述的故障检测系统，所述故障检测系统还包括：
13.根据权利要求9所述的故障检测系统，所述故障检测系统还包括：
14.根据权利要求9所述的故障检测系统，其中，所述测量包括以所述信号的所述基频的至少两倍的采样率对所述信号进行采样。
15.根据权利要求9所述的故障检测系统，其中，所述感应马达是三相鼠笼式感应马达。
16.根据权利要求9所述的故障检测系统，其中，所述复空间向量包括三相变量，其中，所述三相变量是定子的一组三相电压、所述定子电流的一组三相电流或所述定子关于所述感应马达的一组磁通。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于检测感应马达在操作期间的断条故障的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量包括以所述信号的所述基频的至少两倍的采样率对所述信号进行采样。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述感应马达是三相鼠笼式感应马达。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复空间向量包括三相变量，其中，所述三相变量是定子的一组三相电压、所述定子电流的一组三相电流或所述定子关于所述感应马达的一组磁通。
9.一种用于检测感应马达在操...
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