CN113589169A - 一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法 - Google Patents

一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法 Download PDF

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吕晓祥
马晗怡
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Abstract

本发明提供了一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法，包括以下步骤：(1)：采集异步电机定子电流、定子电压、电网频率；(2)：提取定子电流、定子电压负序分量；(3)：计算异步电机负序阻抗；(4)：计算异步电机的负序电流差；(5)：判断负序电流差是否大于参考值，若是，进入(6)；若不是，返回(1)；(6)：控制超声波发生器向异步电机发射超声波信号；(7)：接收经过异步电机的反射超声波信号；(8)：计算异步电机的振动速度；(9)：判断振动速度是否大于参考值，若是，发出报警，进入(10)；若不是，进入(10)；(10)：判断是否继续检测，若是，进入(1)；若不是，结束。

Description

一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法
技术领域
本发明属于电力检测技术领域，特别涉及一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法。
背景技术
异步电机作为比较常见的电力设备，其安全可靠的工作会直接影响人们的生产和生活。定子绕组匝间短路故障是一种常见的发电机故障类型，且故障变化极快，在故障早期难于获取充足数据，依托单一故障特征的变化难以准确检测故障。
本发明提出一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法，首先根据定子电流、定子电压进行初步判断，当负序电流差大于参考值，控制超声波发生器向异步电机发射超声波信号，进而计算出振动速度，最终判断是否振动异常，当出现异常时，及时报警，保证异步电机的安全可靠工作。
发明内容
本发明提供一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法，能够及时发现定子绕组匝间短路故障，保证其安全可靠工作。
本发明具体为一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法，所述异步电机故障检测方法包括以下步骤：
步骤(1)：采集所述异步电机定子电流、定子电压、电网频率；
步骤(2)：提取所述定子电流、所述定子电压负序分量；
步骤(3)：计算所述异步电机负序阻抗；
步骤(4)：计算所述异步电机的负序电流差；
步骤(5)：判断所述负序电流差是否大于负序电流差参考值，若是，进入步骤(6)；若不是，返回步骤(1)；
步骤(6)：控制超声波发生器向所述异步电机发射超声波信号；
步骤(7)：接收经过所述异步电机的反射超声波信号；
步骤(8)：计算所述异步电机的振动速度；
步骤(9)：判断所述振动速度是否大于振动速度参考值，若是，发出报警，进入步骤(10)；若不是，进入步骤(10)；
步骤(10)：判断是否继续检测，若是，进入步骤(1)；若不是，结束。
所述异步电机负序阻抗为
Figure BDA0003189106860000021
Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Rr为转子电阻，Ls为转子电感，s为转差率，ω为电网频率。
所述异步电机的负序电流差为
Figure BDA0003189106860000022
Figure BDA0003189106860000023
为所述定子电流负序分量，
Figure BDA0003189106860000024
为所述定子电压负序分量。
步骤(8)中所述异步电机的振动速度计算过程为：
(1)：将所述反射超声波信号转换为AM-FM信号x(n)＝Ar·cos[φ(n)]，Ar为所述反射超声波幅值，
Figure BDA0003189106860000025
ω为所述反射超声波频率，h为所述异步电机的振动位移，
Figure BDA0003189106860000026
为所述反射超声波回波和法线的夹角，c为超声波在空气中的传播速度，L为平衡状态的所述异步电机与所述超声波接收探头之间的直线距离；
(2)：将所述AM-FM信号x(n)进行AM-FM分解，得到纯调频信号：x1(n)＝cos[φ(n)]；
(3)：计算所述纯调频信号x1(n)的对称差分信号
Figure BDA0003189106860000027
(4)：对所述纯调频信号对称差分信号y(n)进行AM-FM分解，得到纯调频信号：x2(n)＝sin[φ(n)]；
(5)：构造复信号z(n)＝x1(n)+jx2(n)＝cos[φ(n)]+jsin[φ(n)]；
步骤(6)：计算所述复信号z(n)的能量算子ψd[z(n)]＝ψd[x1(n)]+ψd[x2(n)]＝1-cos[2ω(n)]，ψd[x1(n)]＝x1 2(n)-x1(n-1)x1(n+1)＝cos2[φ(n)]-cos[φ(n-1)]cos[φ(n+1)]，ψd[x2(n)]＝x2 2(n)-x2(n-1)x2(n+1)＝sin2[φ(n)]-sin[φ(n-1)]sin[φ(n+1)]；
步骤(7)：计算所述AM-FM信号x(n)瞬时频率
Figure BDA0003189106860000028
步骤(8)：计算所述异步电机的振动速度
Figure BDA0003189106860000029
与现有技术相比，有益效果是：所述异步电机故障检测方法首先根据定子电流、定子电压进行初步判断，当负序电流差大于参考值，控制超声波发生器向异步电机发射超声波信号，进而计算出振动速度，最终判断是否振动异常，当出现异常时，及时报警，保证异步电机的安全可靠工作。
附图说明
图1为本发明一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法的具体实施方式做详细阐述。
如图1所示，本发明的异步电机故障检测方法包括以下步骤：
首先，进行信息采集和计算：
采集所述异步电机定子电流、定子电压、电网频率，提取所述定子电流、所述定子电压负序分量；
计算所述异步电机负序阻抗
Figure BDA0003189106860000031
Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Rr为转子电阻，Ls为转子电感，s为转差率，ω为电网频率；
计算所述异步电机的负序电流差
Figure BDA0003189106860000032
Figure BDA0003189106860000033
为所述定子电流负序分量，
Figure BDA0003189106860000034
为所述定子电压负序分量。
其次，判断所述负序电流差是否大于负序电流差参考值，若是，继续分析判断；若不是，重新采集信息。
再次，采集所述异步电机振动信息：
控制超声波发生器向所述异步电机发射超声波信号，接收经过所述异步电机的反射超声波信号，计算所述异步电机的振动速度：
(1)：将所述反射超声波信号转换为AM-FM信号x(n)＝Ar·cos[φ(n)]，Ar为所述反射超声波幅值，
Figure BDA0003189106860000035
ω为所述反射超声波频率，h为所述异步电机的振动位移，
Figure BDA0003189106860000036
为所述反射超声波回波和法线的夹角，c为超声波在空气中的传播速度，L为平衡状态的所述异步电机与所述超声波接收探头之间的直线距离；
(2)：将所述AM-FM信号x(n)进行AM-FM分解，得到纯调频信号：x1(n)＝cos[φ(n)]；
(3)：计算所述纯调频信号x1(n)的对称差分信号
Figure BDA0003189106860000041
(4)：对所述纯调频信号对称差分信号y(n)进行AM-FM分解，得到纯调频信号：x2(n)＝sin[φ(n)]；
(5)：构造复信号z(n)＝x1(n)+jx2(n)＝cos[φ(n)]+jsin[φ(n)]；
步骤(6)：计算所述复信号z(n)的能量算子ψd[z(n)]＝ψd[x1(n)]+ψd[x2(n)]＝1-cos[2ω(n)]，ψd[x1(n)]＝x1 2(n)-x1(n-1)x1(n+1)＝cos2[φ(n)]-cos[φ(n-1)]cos[φ(n+1)]，ψd[x2(n)]＝x2 2(n)-x2(n-1)x2(n+1)＝sin2[φ(n)]-sin[φ(n-1)]sin[φ(n+1)]；
步骤(7)：计算所述AM-FM信号x(n)瞬时频率
Figure BDA0003189106860000042
步骤(8)：计算所述异步电机的振动速度
Figure BDA0003189106860000043
再次，判断所述振动速度是否大于振动速度参考值，若是，发出报警；
最后，判断是否继续检测，若是，重新采集信息；若不是，结束。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (4)

1.一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法，其特征在于，所述异步电机故障检测方法包括以下步骤：
步骤(1)：采集所述异步电机定子电流、定子电压、电网频率；
步骤(2)：提取所述定子电流、所述定子电压负序分量；
步骤(3)：计算所述异步电机负序阻抗；
步骤(4)：计算所述异步电机的负序电流差；
步骤(5)：判断所述负序电流差是否大于负序电流差参考值，若是，进入步骤(6)；若不是，返回步骤(1)；
步骤(6)：控制超声波发生器向所述异步电机发射超声波信号；
步骤(7)：接收经过所述异步电机的反射超声波信号；
步骤(8)：计算所述异步电机的振动速度；
步骤(9)：判断所述振动速度是否大于振动速度参考值，若是，发出报警，进入步骤(10)；若不是，进入步骤(10)；
步骤(10)：判断是否继续检测，若是，进入步骤(1)；若不是，结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法，其特征在于，所述异步电机负序阻抗为
Figure FDA0003189106850000011
Rs为定子电阻，Ls为定子电感，Rr为转子电阻，Ls为转子电感，s为转差率，ω为电网频率。
3.根据权利要求2所述的一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法，其特征在于，所述异步电机的负序电流差为
Figure FDA0003189106850000012
Figure FDA0003189106850000013
为所述定子电流负序分量，
Figure FDA0003189106850000014
为所述定子电压负序分量。
4.根据权利要求3所述的一种基于机电信号分析的异步电机故障检测方法，其特征在于，步骤(8)中所述异步电机的振动速度计算过程为：
(1)：将所述反射超声波信号转换为AM-FM信号x(n)＝Ar·cos[φ(n)]，Ar为所述反射超声波幅值，
Figure FDA0003189106850000015
ω为所述反射超声波频率，h为所述异步电机的振动位移，
Figure FDA0003189106850000016
为所述反射超声波回波和法线的夹角，c为超声波在空气中的传播速度，L为平衡状态的所述异步电机与所述超声波接收探头之间的直线距离；
(2)：将所述AM-FM信号x(n)进行AM-FM分解，得到纯调频信号：x1(n)＝cos[φ(n)]；
(3)：计算所述纯调频信号x1(n)的对称差分信号
Figure FDA0003189106850000021
(4)：对所述纯调频信号对称差分信号y(n)进行AM-FM分解，得到纯调频信号：x2(n)＝sin[φ(n)]；
(5)：构造复信号z(n)＝x1(n)+jx2(n)＝cos[φ(n)]+jsin[φ(n)]；
步骤(6)：计算所述复信号z(n)的能量算子ψd[z(n)]＝ψd[x1(n)]+ψd[x2(n)]＝1-cos[2ω(n)]，ψd[x1(n)]＝x1 2(n)-x1(n-1)x1(n+1)＝cos2[φ(n)]-cos[φ(n-1)]cos[φ(n+1)]，ψd[x2(n)]＝x2 2(n)-x2(n-1)x2(n+1)＝sin2[φ(n)]-sin[φ(n-1)]sin[φ(n+1)]；
步骤(7)：计算所述AM-FM信号x(n)瞬时频率
Figure FDA0003189106850000022
步骤(8)：计算所述异步电机的振动速度
Figure FDA0003189106850000023
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