本发明专利技术公开了一种基于三相电参量信息融合的电机拖动系统运行状态在线监测方法，采用非侵入式测量，将驱动电机定子的电压、电流信号用李萨如图产生单相及三相信息融合方法；充分利用电气参量提供的幅值、相位信息、相间和相序信息绘制平面和立体李萨如图，计算电参量与椭圆各特征量之间关系，通过观测椭圆图形面积、形状、旋转方向以及比例的变化实现对电机拖动系统中电机、液压、机械等传动装置的运行状态、运行工况、负载功率以及功率匹配情况进行在线监测。不仅可以直观反映系统运行状态，而且可直接对拖动系统中的电机、机械和液压故障进行分类判别，为精确诊断和节能控制提供可靠依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于三相电参量信息融合的电机拖动系统运行状态在线监测方 法，特别适用于动力源是电机的所有电机拖动系统的状态监测及故障诊断。
技术介绍
在现代化生产中大多数生产机械都采用电力拖动。例如各种机床、轧钢机、液压 设备、矿井提升机、球磨机、造纸机、纺织机械、印刷机械、化工机械、电力机车、压缩机、起重 机、卷扬机、榨油机、碾米机、水泵、电动工具等，数不胜数。这些生产机械在运行过程中，其 机、电、液(流体)参数是动态变化的，且相互耦合，这些参数能从不同的角度(信息空间)不 同程度地反应设备的设计制造水平和运行状态。若要全面了解设备的设计制造水平和运行 状态，必须结合工况全面分析机电液参数的变化过程如电流、电压、振动、力、扭矩、转速、 压力、流量等，目前对这些动态参数的观测大都采用嵌入式测量方法。由于这些参数测量成 本高、不易获取、特征信息有限、容易受到干扰，且大多属于非平稳信号，给工程应用带来很 多困难，且有一定局限性。除此之外，传统的电机拖动系统绝大多数都采用异步电动机进行驱动，而异步电 机在使用中存在以下诸多缺陷1)许多场合需要电机带动较大的负荷启动，但异步电机的低速特性较差，低速时效率 很低，输出转矩也较小，因此为了带动负载，在无软启动措施的前提下只能加大电机的功 率；2)由于热惯性的原因电机短时过载是允许的，而异步电机的过载倍数较低，一般在2.2 以下，因此有时为了满足瞬时较大负载的要求不得不采用更大功率的电机；3)异步电机的功率因数较低，在额定载荷时约为0.7 0. 9，而在轻载或空载时更低， 只有0. 2 0. 3 ；4)电机拖动系统的负荷随工况瞬时变化，但电机的功率控制策略如何适应工况和负荷 的变化，目前没有可视化的监测技术能对设备运行工况和负荷功率进行在线监测并使其与 电机实现自适应匹配控制策略.申请人通过长期的理论分析和大量试验发现在电机拖动系统中，由于定转子系统的 耦合作用，有关设备状况、负荷变化以及设计缺陷等特征信息会通过机械和流体参数耦合 到电机定子的三相电参数中，而电机的三相交流电参数不仅有幅值而且有方向的变化，现 有的利用电机电参数进行设备状态监测的方法(包括我们以前的研究成果)没有找到一种 实用的方法将电机三相电参数的幅值和相位信息进行融合，故不能全面了解电机拖动系统 的动态信息。
技术实现思路
针对现有技术存在的以上问题，本专利技术的目的在于，提供一种基于三相，为研究拖动系统的节能设计和优化工况提 供科学依据。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案一种基于三相，其特征在于， 该方法采用非侵入式测量方式，将驱动电机定子的电压、电流信号用李萨如图产生单相及 三相信息融合方法；充分利用电气参量提供的幅值、相位信息、相间和相序信息绘制平面 和立体李萨如图，计算电参量与椭圆各特征量关系，通过观测椭圆图形面积、形状、旋转方 向以及比例的变化实现对电机拖动系统中电机、液压、机械等传动装置的运行状态、运行工 况、负载功率以及功率匹配情况进行实时监测，并能对拖动系统中的电机、机械和液压故障 进行分类判别，为精确诊断和节能控制提供可靠依据。具体步骤如下1)用霍尔传感器同时获取电动机定子三相电压U、电流i动态模 拟电信号，经过调理电路处理后送入A/D采样器获得三相数字电信号权利要求1.一种基于三相，其特征在 于，该方法采用非侵入式测量方式，将驱动电机定子的电压、电流信号用李萨如图产生单相 及三相信息融合方法；充分利用电气参量提供的幅值、相位信息、相间和相序信息绘制平面 和立体李萨如图，计算电参量与椭圆各特征量关系，通过观测椭圆图形面积、形状、旋转方 向以及比例的变化实现对电机拖动系统中电机、液压、机械等传动装置的运行状态、运行工 况、负载功率以及功率匹配情况进行实时监测，并能对拖动系统中的电机、机械和液压故障 进行分类判别。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具体步骤如下1)用霍尔传感器同时获取电动机定子三相电压U、电流i动态模 拟电信号，经过调理电路处理后送入A/D采样器获得三相数字电信号3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的李萨如图进行单相及三相电参量信 息融合方法有以下三种方式1)将三相电a、b、c相李萨如图置于同一坐标系下，并将相对应的点连接，同时以三相 椭圆的最大的外接矩形为基准，绘出三相椭圆的外接矩形；2)将三相电压、电流进行对称分量法转换，用单相的融合方法将负序电压、电流进行融合；3)将三相电流转换到两相静止坐标系下，并用李萨如方法进行融合；三种融合方法融合后的图形中包含了电机拖动系统中电机、液压、机械等传动装置的 运行状态、运行工况、负载功率以及功率匹配状况全面、有效的信息。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电参量与椭圆各特征量关系以及电 机拖动系统运行状态与椭圆特征量关系如下1)椭圆轨迹旋向椭圆轨迹旋向为顺时针时，电压滞后于电流；椭圆轨迹旋向逆时针 时，电压超前于电流；对于变工况负荷，当椭圆轨迹旋向为顺时针时，异步电机为发电工况； 当椭圆轨迹旋向为逆时针时，异步电机为电动工况；因此可根据椭圆轨迹旋向判断负荷性 质；2)椭圆面积通过分析可得到椭圆面积,其中&为单相平均有功功率，P为三相有功功率，可见椭圆面积随电机有功功率成正比关系变化；12 AB sh Φ3)椭圆倾角通过分析可得到椭圆倾角e=—τ.~，在无电气故障Jt — β时，负荷变化对曰的影响十分显著；4)椭圆外接矩形外接矩形的边长的一半分别代表了χ轴和y轴的最大值，y轴的最大 值为电流幅值，χ轴的最大值为电压幅值；通过椭圆外接矩形的参量变化可以直观反映电压、电流信号幅值的变化规律；通过分析亦可得到S = ^liE ,其中S为电机视在功率，2即容量，^mm为椭圆外接矩形的面积；可见外接矩形的面积为输入视在功率的2倍， 即外接矩形的面积变化可以直接反映电机视在功率的变化规律。全文摘要本专利技术公开了一种基于三相，采用非侵入式测量，将驱动电机定子的电压、电流信号用李萨如图产生单相及三相信息融合方法；充分利用电气参量提供的幅值、相位信息、相间和相序信息绘制平面和立体李萨如图，计算电参量与椭圆各特征量之间关系，通过观测椭圆图形面积、形状、旋转方向以及比例的变化实现对电机拖动系统中电机、液压、机械等传动装置的运行状态、运行工况、负载功率以及功率匹配情况进行在线监测。不仅可以直观反映系统运行状态，而且可直接对拖动系统中的电机、机械和液压故障进行分类判别，为精确诊断和节能控制提供可靠依据。文档编号G01R31/34GK102095998SQ20101058614公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日专利技术者刘沛津, 寇雪芹, 琚晓涛, 谷立臣 申请人:西安建筑科技大学 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于三相电参量信息融合的电机拖动系统运行状态在线监测方法，其特征在于，该方法采用非侵入式测量方式，将驱动电机定子的电压、电流信号用李萨如图产生单相及三相信息融合方法；充分利用电气参量提供的幅值、相位信息、相间和相序信息绘制平面和立体李萨如图，计算电参量与椭圆各特征量关系，通过观测椭圆图形面积、形状、旋转方向以及比例的变化实现对电机拖动系统中电机、液压、机械等传动装置的运行状态、运行工况、负载功率以及功率匹配情况进行实时监测，并能对拖动系统中的电机、机械和液压故障进行分类判别。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谷立臣，刘沛津，琚晓涛，寇雪芹，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：87
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