CN101042425A - 交流电机设备异常信号提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流电机设备异常信号提取方法，旨在提供一种从交流电机中提取设备异常信号的方法，能够有效的排除工频信号的噪声干扰。其技术要点是从该交流电机中采集得到电机电流信号和电机电压信号；调节所述电机电压信号和/或所述电机电流信号的相位，使两者相位一致；调节所述电机电流信号与所述电机电压信号的幅值比例至两者的幅值相等；从所述电机电流信号中减去所述电机电压信号，从而输出设备异常信号。本发明应用在对交流电机及其拖动设备的诊断中。

Description

交流电机设备异常信号提取方法

技术领域

本发明涉及一种分析设备异常的方法，尤其涉及一种分析交流电机设备异常的方法。

背景技术

在工业领域中，交流电机是一种主要的动力源。在实际使用中，电机及拖动设备可能会处于不正常的工作状态，所以需要时刻掌握电机的工作状态，对电机及其拖动设备进行诊断。

目前业界主要采用通过采集电机电流，分析其中的设备异常信号来掌握电机及其拖动设备的工作状态。现有技术的提取异常信号的方法如图1所示，先从电流传感器中采样电流信号101，然后经A/D转换变成数字信号102，再对该数字信号进行分析处理103，比如对该信号进行FFT谱分析等。

但是采用现有方法有以下的不足：在现有操作过程中，由于电流信号中的主要成份为50Hz工频信号，而包含在电流信号中的异常信号与其相比极其微弱，因此在信号分析中要提取异常信号非常困难。通常只能分析那些影响较大的设备异常，而对那些影响较小的设备异常，目前而言基本无法检测到。参照图2可以更直观的看出异常频率信号与50Hz工频信号的比例，从中又能发现靠近50Hz的异常频率信号还可能被50Hz信号所淹没。总之，50Hz工频信号在一定程度上影响了分析的准确性。

发明内容

本发明的目的在于解决了上述的工频信号干扰问题，提供了一种从交流电机中提取设备异常信号的方法，能够有效地排除50Hz工频信号对分析结果的干扰。

本发明的技术方案为：一种交流电机设备异常信号提取方法，包含下列步骤：(a)分别从所述交流电机中采集电机电流信号和电机电压信号；(b)调节所述电机电压信号和/或所述电机电流信号的相位，使所述电机电压信号和所述电机电流信号的相位一致；(c)调节所述电机电压信号和所述电机电流信号的幅值比例至两者的幅值相等；(d)将所述电机电流信号和所述电机电压信号的差值输出，即为设备异常信号。

上述的设备异常信号提取方法，其中，所述步骤(a)中，采用电流传感器采集所述电机电流信号；采用电压传感器采集所述电机电压信号。

上述的设备异常信号提取方法，其中，所述步骤(b)包括：第一步，测定所述电机电流信号与电机电压信号的相位差，产生第一控制电压；第二步，根据所述第一控制电压产生固定相移角，对所述电机电流信号和/或电机电压信号进行移相操作；第三步，再次测定所述电机电流信号与电机电压信号的相位差，产生第二控制电压；第四步，根据所述第二控制电压对所述电机电流信号和/或电机电压信号进行可变的移相操作。

上述的设备异常信号提取方法，其中，所述第二步中固定相移角的范围是0-35度，所述第四步中可变移相的范围是0-5度。

上述的设备异常信号提取方法，其中，所述步骤(c)包括：第一步，设定基准交流信号，并转化成基准直流信号；第二步，将所述电机电流信号与电机电压信号分别转化成电机电流直流信号与电机电压直流信号；第三步，分别将所述电机电流直流信号与电机电压直流信号与所述基准直流信号比较，分别产生一控制电压；第四步，根据所述控制电压分别调节所述电机电流信号与电机电压信号的幅值，以致两者都与所述基准交流信号一致。

本发明的设备异常信号提取方法对比现有技术，有如下显著效果：在采集电流信号的同时采集电压信号，然后调节电流信号和/或电压信号的相位，同时调节电流信号与电压信号的幅值比例，使两者的相位一致且幅值相等，最后从调整后的电流信号中减去电压信号。因为电压与电流的频率始终相等，两者中均含有工频信号且异常设备只影响电流信号，所以由信号相减得到的剩余信号中将不包含该工频信号的成份，而只包含异常设备信号。再通过A/D转换将该剩余信号转变成数字信号进行分析处理。这样就可以排除工频信号的干扰，并最大限度地发挥A/D的动态范围，可以诊断、分析出用现有方法分析不到的设备异常。

附图说明

图1是现有技术的提取异常信号的示意图。

图2是现有技术的提取异常信号中对原始电流信号FFT谱的图。

图3是本发明一个较佳实施例提取异常信号方法的流程图。

图4是本发明一个较佳实施例提取异常信号的示意图。

图5是本发明的调节移动相位实施例的方法流程图。

图6是本发明的调节移动相位实施例的框图。

图7是本发明的可变移相电路的框图。

图8是本发明的根据相位差产生控制电压的框图。

图9是本发明的调节幅值比例实施例的方法流程图。

图10是本发明的自动增益控制电路实施例的框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

请参加图3和图4，示出了本发明提取异常信号的较佳实施例。首先，使用电流传感器401采集电机电流信号，使用电压传感器402采集电机电压信号，完成第一步301。在电流传感器401后接跟随器403A，在电压传感器402后接跟随器403B，跟随器的输入阻抗高而输出阻抗低，起缓冲、隔离、提高带载能力的作用，避免后面的电路对前面的电路产生影响。在跟随器403A后连有自动增益控制电路404A，在跟随器403B后依次连有移相器405和自动增益控制电路404B。设定一基准源406，产生一个基准信号分别输入至自动增益控制电路404A和404B中。在自动增益控制电路404A和404B中分别将电机电流信号与电机电压信号的幅值调节至与基准信号相当。自动增益控制电路404A和404B各具有两个输出端，其中一个输出端连接鉴相器407，另一个输出端各连接一个跟随器403C、403D，这两个跟随器共同连接一个对消电路408。鉴相器407识别电机电压信号与电流信号的相位差，并将该相位差作为控制信号输入至移相器405中，电机电压信号在移相器405中进行移相调节，使其相位与电机电流信号的相位相同，完成第二步302。同时在各自的自动增益控制电路404A和404B中对电机电流信号和电机电压信号的幅值进行比例调节，使得两者的幅值相等，完成第三步303；最后，通过对消电路408从处理后的电流信号中减去处理后的电压信号，最终输出的信号将不含50Hz的工频信号而只含有异常设备信号，完成第四步304。可将输出的异常设备信号经A/D转换变成数字信号后对其进行分析处理。经过移相和幅值调节的电流信号与电压信号的差值就是异常设备信号是基于以下原理：不论电网频率波动与否，电压与电流的频率始终相等，而且异常设备只影响电流信号，而对电压信号的影响可以忽略。

尤其注意的是，在本实施例中是将电压信号进行移相操作，但是只对电流信号进行移相或是对电流信号与电压信号同时移相，只要操作满足两者的相位最后一致，都是本发明的实施例，包含在本发明中。

请参见图5和图6，示出了本发明调节相位的一个较佳实施例，可以采用选择固定相移角和更改可变相移角结合的方法来逐步逼近所需移动的相位。在本实施例中可以实现最大相移角为40度的相位调节。第一步501中，结合图4和图8，通过鉴相器407取得电机电流信号与电压信号的相位差信号，将该相位差信号输入至比例积分放大电路801(简称PI调节器)，而后将PI调节器801的输出信号输入至减法电路，与基准信号电路相减，最后产生与相位差成比例的第一控制电压。第二步502中，结合图6，在移相调节电路中，依次串联3个固定相移角的模块601、602、603，分别为20度、10度和5度。在这3个模块上依次并联3个开关K3、K2和K1，可以通过闭合或断开这些开关来选择所需的相移角。这表明在该移相调节电路中，固定相移的范围是0-35度。根据第一控制电压得知固定相移角的大小，对电机电压信号进行移相操作。第三步503中，测定经固定角移相后的电机电流信号与电压信号的相位差，产生第二控制电压，具体实现同第一步。第四步504中，结合图6和图7，在上述固定相移角模块后串联一个可变相移角电路604，在其后又串接一个运放605。该可变相移角电路604设定0-5度的移相范围，是采用单片CMOS模拟双路扫描器件实现相移的。具体电路如图7所示，单片CMOS模拟双路扫描器件701作为一个压控变阻器，通过改变内部阻值来实现不同的相移角。在第三步中生成的第二控制电压加在扫描器件701的控制端，通过控制端来改变装置内的电阻，再由RC电路组成移相电路，最终实现5度范围内的相位微调变化。

举例来说，当电压信号与电流信号的相位差为3度时，闭合开关K1、K2和K3，调节可变相移角模块至3度。当电压信号与电流信号的相位差为8度时，闭合K2、K3，断开K1，这就选择了5度的固定相移角模块603，同时调节可变相移角电路604至3度，此时调节的相移角为5度固定相移角和3度可变相移角之和。类似地，可以通过闭合或断开开关K1、K2、K3来选择固定相移角模块以及调节可变相移角模块来实现0度到40度范围内的移相，从而实现相位的控制和调节。

下表示出了各种相移角度的组合情况：

序号	相移角度	K1	K2	K3
					1	＜5	1	1	1
2	＞5、＜10	0	1	1
					3	＞10、＜15	1	0	1
4	＞15、＜20	0	0	1
					5	＞20、＜25	1	1	0
6	＞25、＜30	0	1	0
					7	＞30、＜35	1	0	0
8	＞35、＜40	0	0	0

注：“1”为触点闭合；“0”为触点断开。

尤其注意的是，上述固定相移角模块和可变相移电路的相移范围是人为设定的，可以根据需要更改。

请参见图9，示出了调节信号幅度比例的一个较佳实施例。第一步，设定一基准交流信号，并转化成基准直流信号901；第二步，将电机电流信号和电压信号分别转化成电机电流直流信号与电压直流信号902；第三步，将电机电流直流信号与电压直流信号与基准直流信号比较，各产生一控制电压903；第四步，分别根据该控制电压调节电机电流信号与电压信号的幅值，以致两者都与基准交流信号一致904。

请参见图10，以调节电机电流信号的幅值比例为例。如图10所示，AGC开环电路是一块现成的芯片，该电路是一种在输入信号幅度变化很大的情况下使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化的自动控制电路。但只靠这一电路不能达到理想的增益效果，因此可增加相应的外围电路，通过反馈控制实时调节变化的输入信号，使AGC电路输出幅值恒定的信号，达到满意的自动增益控制效果。该外围反馈电路主要由跟随电路111、绝对值电路112、误差比较电路113和放大电路114构成。基准源406连接误差比较电路113，放大电路114连接AGC开环电路。

AGC开环电路输出的幅值恒定的信号经跟随电路111和绝对值电路112后与基准源406产生的基准信号在误差比较电路113中进行比较，所得的差值经放大电路114放大后作为反馈信号输入AGC开环电路中，从而提高幅度调节的精确度以及自动增益控制的效果。

在电机电流信号调节幅值的同时，电机电压信号也调节至与同一基准交流信号一致，其处理过程相同，在此不再重复描述。

经移相和幅值调节后的电机电流信号与电机电压信号在对消电路中相减对消，差值即为设备异常信号。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (5)

1一种交流电机设备异常信号提取方法，包含下列步骤：

(a)分别从所述交流电机中采集电机电流信号和电机电压信号；

(b)调节所述电机电压信号和/或所述电机电流信号的相位，使所述电机电压信号和所述电机电流信号的相位一致；

(c)调节所述电机电压信号和所述电机电流信号的幅值比例至两者的幅值相等；

(d)将所述电机电流信号和所述电机电压信号的差值输出，即为设备异常信号。

2根据权利要求1所述的设备异常信号提取方法，其特征在于，所述步骤(a)中，采用电流传感器采集所述电机电流信号；采用电压传感器采集所述电机电压信号。

3根据权利要求1所述的设备异常信号提取方法，其特征在于，所述步骤(b)包括：

第一步，测定所述电机电流信号与电机电压信号的相位差，产生第一控制电压；

第二步，根据所述第一控制电压产生固定相移角，对所述电机电流信号和/或电机电压信号进行移相操作；

第三步，再次测定所述电机电流信号与电机电压信号的相位差，产生第二控制电压；

第四步，根据所述第二控制电压对所述电机电流信号和/或电机电压信号进行可变的移相操作。

4根据权利要求3所述的设备异常信号提取方法，其特征在于，所述第二步中固定相移角的范围是0-35度，所述第四步中可变移相的范围是0-5度。

5根据权利要求1所述的设备异常信号提取方法，其特征在于，所述步骤(c)包括：

第一步，设定基准交流信号，并转化成基准直流信号；

第二步，将所述电机电流信号与电机电压信号分别转化成电机电流直流信号与电机电压直流信号；

第三步，分别将所述电机电流直流信号与电机电压直流信号与所述基准直流信号比较，分别产生一控制电压；

第四步，根据所述控制电压分别调节所述电机电流信号与电机电压信号的幅值，以致两者都与所述基准交流信号一致。

Images