CN115144750A - 异步电动机转子断条故障检测方法、装置、设备及介质 - Google Patents

异步电动机转子断条故障检测方法、装置、设备及介质 Download PDF

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CN115144750A CN202211068134.8A CN202211068134A CN115144750A CN 115144750 A CN115144750 A CN 115144750A CN 202211068134 A CN202211068134 A CN 202211068134A CN 115144750 A CN115144750 A CN 115144750A
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Abstract

本发明涉及异步电动机故障检测技术领域，具体提供一种异步电动机转子断条故障检测方法、装置、设备及介质，旨在解决准确检测转子断条故障的问题。本发明的方法包括沿着一相供电电压采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口，根据每次滑动后落入滑动窗口中的电压值计算电压波动系数；若最小的电压波动系数小于系数阈值，则根据最小的电压波动系数对应的电压值的采集时刻得到的三相定子电流和三相供电电压计算瞬时无功功率，若瞬时无功功率存在频率为
Figure 888181DEST_PATH_IMAGE001
的功率分量则判定发生转子断条故障，
Figure 728092DEST_PATH_IMAGE002
表示转差率，
Figure 647507DEST_PATH_IMAGE003
表示供电频率。通过上述实施方式，可以在供电电压发生电压波动的情况下准确地检测异步电动机是否发生转子断条故障。

Description

异步电动机转子断条故障检测方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及异步电动机故障检测技术领域，具体提供一种异步电动机转子断条故障检测方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
异步电动机（Asynchronous Motor）广泛应用于发电、石化、冶金、矿山和舰艇等领域中，其能够将电能转换成机械能，拖动各种生产机械
运转。目前对于异步电动机频发的转子断条故障主要是通过分析瞬时无功功率频谱成分的差别判断异步电动机是否发生转子断条故障。具体地，异步电动机未发生转子断条故障正常运行时其瞬时无功功率如下式（1）所示，异步电动机发生转子断条故障时其瞬时无功功率如下式（2）所示。
Figure 952335DEST_PATH_IMAGE001
公式（1）和公式（2）中各参数含义分别是：
Figure 75012DEST_PATH_IMAGE002
表示相电流的幅值，
Figure 300457DEST_PATH_IMAGE003
表示相电压的幅值，
Figure 748756DEST_PATH_IMAGE004
表示电流滞后电压的相位角，
Figure 810384DEST_PATH_IMAGE005
表示时间，
Figure 736752DEST_PATH_IMAGE006
表示异步电动机发生转子断条故障后定子电流中频率为(
Figure 82282DEST_PATH_IMAGE007
)
Figure 435903DEST_PATH_IMAGE008
的电流分量的幅值，
Figure 984828DEST_PATH_IMAGE009
表示异步电动机发生转子断条故障后定子电流中频率为(
Figure 714886DEST_PATH_IMAGE010
)
Figure 914923DEST_PATH_IMAGE008
的电流分量的幅值，
Figure 439446DEST_PATH_IMAGE011
表示转差率，
Figure 475666DEST_PATH_IMAGE008
表示异步电动机的供电频率，
Figure 743836DEST_PATH_IMAGE012
表示(
Figure 798380DEST_PATH_IMAGE007
)
Figure 759383DEST_PATH_IMAGE008
的电流分量滞后电压基频分量的相位角。
根据公式（1）和公式（2）可以确定，当异步电动机未发生转子断条故障正常运行时其瞬时无功功率中只包括恒定功率分量（
Figure 274110DEST_PATH_IMAGE013
），当异步电动机发生转子断条故障时其瞬时无功功率中除了包括上述恒定功率分量还包括频率为
Figure 80392DEST_PATH_IMAGE014
的功率分量（
Figure 255021DEST_PATH_IMAGE015
），如果通过分析瞬时无功功率频谱成分确定存在频率为
Figure 121346DEST_PATH_IMAGE014
的功率分量，那么就可以判定异步电动机发生了转子断条故障。
但是，在实际应用中异步电动机的供电电压常常会发生不同幅度的电压波动，当电压波动幅度较大时如果继续采用上述方法判断异步电动机发生是否转子断条故障极有可能会发生误判。具体地，发生电压波动时定子电压
Figure 132159DEST_PATH_IMAGE016
如下式（3）所示，定子电流
Figure 742131DEST_PATH_IMAGE017
如下式（4）所示，根据
Figure 771267DEST_PATH_IMAGE016
与
Figure 74073DEST_PATH_IMAGE017
可以得到下式（5）所示的瞬时无功功率。
Figure 572181DEST_PATH_IMAGE018
公式（3）和公式（4）中各参数含义分别是：
Figure 985845DEST_PATH_IMAGE019
表示调幅波幅值与电压基波幅值之比，
Figure 869487DEST_PATH_IMAGE020
表示调幅波频率，
Figure 343194DEST_PATH_IMAGE021
表示电压调幅波，
Figure 63020DEST_PATH_IMAGE022
时分别表示定子的a、b和c相；
Figure 14795DEST_PATH_IMAGE023
表示频率为
Figure 18523DEST_PATH_IMAGE024
的电流分量幅值与电流基波幅值之比，
Figure 663131DEST_PATH_IMAGE025
表示频率为
Figure 867323DEST_PATH_IMAGE026
的电流分量幅值与电流基波幅值之比；
Figure 622789DEST_PATH_IMAGE027
表示频率为
Figure 215445DEST_PATH_IMAGE024
的电流分量滞后电压基频分量的相位角，
Figure 30954DEST_PATH_IMAGE028
表示频率为
Figure 725372DEST_PATH_IMAGE026
的电流分量滞后电压基频分量的相位角。
Figure DEST_PATH_IMAGE029
公式（5）中的参数
Figure 815687DEST_PATH_IMAGE030
表示对
Figure 528428DEST_PATH_IMAGE016
进行希尔伯特变换后的定子电压。
由于电压波动幅度的限值d≤4%，而
Figure 999992DEST_PATH_IMAGE031
，因此，m<0.014，电压调幅波
Figure 634236DEST_PATH_IMAGE021
很小。
Figure 731505DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 361069DEST_PATH_IMAGE025
是由电压调幅波
Figure 3534DEST_PATH_IMAGE021
产生的电流幅值与电流基波幅值之比，因此，
Figure 125074DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 26034DEST_PATH_IMAGE025
也很小，从而可以确定，相比于其他数值，与
Figure 447788DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 776001DEST_PATH_IMAGE033
相关的数值可以忽略不记。在对公式（5）中
Figure 669658DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 374309DEST_PATH_IMAGE033
相关的数值忽略后可以得到下式（6）所示的瞬时无功功率。
Figure 916148DEST_PATH_IMAGE034
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 697154DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 324444DEST_PATH_IMAGE037
。
根据公式（6）可以确定，当异步电动机未发生转子断条故障但供电电压发生电压波动时瞬时无功功率中除了包括恒定功率分量还包括频率为
Figure 567207DEST_PATH_IMAGE020
的功率分量。继续参阅公式（2）和公式（6），当频率
Figure 963553DEST_PATH_IMAGE020
与频率
Figure 384301DEST_PATH_IMAGE014
接近时就会误判异步电动机发生了转子断条故障。
因此，本领域需要一种新的异步电动机转子断条故障检测方案来解决在考虑异步电动机的供电电压发生电压波动的情况下如何准确地检测异步电动机是否发生转子断条故障的技术问题。
发明内容
为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决上述技术问题的异步电动机转子断条故障检测方法、装置、设备及存储介质。
在第一方面，本发明提供一种异步电动机转子断条故障检测方法，所述方法包括：
采集预设采样时长内异步电动机的三相定子电流和三相供电电压；
针对任意一相供电电压的电压值，沿着所述电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口，并提取每次滑动后落入所述滑动窗口中的电压值；
针对每次滑动后落入所述滑动窗口中的电压值，根据落入所述滑动窗口中的电压值计算电压波动系数；
判断最小的电压波动系数是否小于预设的系数阈值；
若是，则获取所述最小的电压波动系数对应的电压值的采集时刻得到的三相定子电流和三相供电电压，根据所述三相定子电流与所述三相供电电压计算瞬时无功功率；
对所述瞬时无功功率进行傅里叶频谱分析，根据分析的结果判断是否存在频率为
Figure 498888DEST_PATH_IMAGE014
的功率分量，所述
Figure 279762DEST_PATH_IMAGE011
表示转差率，所述
Figure 796194DEST_PATH_IMAGE008
表示异步电动机的供电频率；若存在，则判定发生转子断条故障；若不存在，则判定未发生转子断条故障。
在上述异步电动机转子断条故障检测方法的一个技术方案中，“根据落入所述滑动窗口中的电压值计算电压波动系数”的步骤具体包括采用下述公式并根据落入所述滑动窗口中的电压值计算电压波动系数：
Figure 387843DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 989726DEST_PATH_IMAGE039
表示电压波动系数，
Figure 574291DEST_PATH_IMAGE040
表示根据落入所述滑动窗口中的电压值建立的电压值的Hankel矩阵，
Figure 210809DEST_PATH_IMAGE041
表示Frobenius范数，
Figure 704851DEST_PATH_IMAGE042
至
Figure 528450DEST_PATH_IMAGE043
表示所述Hankel矩阵
Figure 916706DEST_PATH_IMAGE040
的奇异值，
Figure 407730DEST_PATH_IMAGE044
；
Figure 75603DEST_PATH_IMAGE045
表示矩阵的秩为
Figure 917657DEST_PATH_IMAGE046
的低秩矩阵，所述
Figure 578446DEST_PATH_IMAGE046
的取值是满足
Figure 923976DEST_PATH_IMAGE047
的最小正整数，
Figure 293909DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 92101DEST_PATH_IMAGE049
。
在上述异步电动机转子断条故障检测方法的一个技术方案中，所述方法还包括通过下列步骤确定系数阈值：
获取在不同电压波动系数
Figure 822159DEST_PATH_IMAGE039
下所述异步电动机的瞬时无功功率的无功频谱峰值与额定视在功率的比值
Figure 756617DEST_PATH_IMAGE050
；
以所述电压波动系数
Figure 297451DEST_PATH_IMAGE039
为自变量，以所述比值
Figure 582939DEST_PATH_IMAGE050
为因变量，对所述电压波动系数
Figure 851109DEST_PATH_IMAGE039
与所述比值
Figure 905653DEST_PATH_IMAGE050
进行多项式拟合，得到比值
Figure 632037DEST_PATH_IMAGE050
的计算函数
Figure 139241DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 211102DEST_PATH_IMAGE052
和
Figure 385732DEST_PATH_IMAGE053
分别是通过多项式拟合确定的系数；
获取在所述异步电动机发生转子断条故障且供电电压未发生电压波动时所述无功频谱峰值与所述额定视在功率的比值
Figure 2789DEST_PATH_IMAGE054
，根据所述比值
Figure 466132DEST_PATH_IMAGE054
的最小值
Figure 872842DEST_PATH_IMAGE055
确定当供电电压发生电压波动时影响转子断条故障检测准确性的比值
Figure 105240DEST_PATH_IMAGE050
的最小值
Figure 689937DEST_PATH_IMAGE056
，其中，
Figure 640575DEST_PATH_IMAGE057
；
根据所述计算函数
Figure 54239DEST_PATH_IMAGE051
计算当
Figure 937881DEST_PATH_IMAGE058
时的电压波动系数
Figure 411588DEST_PATH_IMAGE039
，将计算出的电压波动系数
Figure 131413DEST_PATH_IMAGE039
作为系数阈值
Figure 83189DEST_PATH_IMAGE059
。
在上述异步电动机转子断条故障检测方法的一个技术方案中，所述最小值
Figure 86917DEST_PATH_IMAGE056
的取值为0.01，所述计算函数
Figure 731525DEST_PATH_IMAGE060
，所述系数阈值
Figure 670137DEST_PATH_IMAGE061
。
在上述异步电动机转子断条故障检测方法的一个技术方案中，在“沿着所述电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口”的步骤之前，所述方法还包括：
对所述电压值进行滤波，获取位于预设电压频率范围内的电压值，以根据位于所述预设电压频率范围内的电压值执行“沿着所述电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口”的步骤。
在上述异步电动机转子断条故障检测方法的一个技术方案中，“对所述电压值进行滤波，获取位于预设电压频率范围内的电压值”的步骤具体包括：
采用巴特沃斯带通滤波器对所述电压值进行滤波，获取位于预设电压频率范围内的电压值，其中，所述预设电压频率范围的最小值与最大值分别是45Hz和55Hz。
在上述异步电动机转子断条故障检测方法的一个技术方案中，“采集预设采样时长内异步电动机的三相定子电流和三相供电电压”的步骤具体包括：
当所述异步电动机是高压异步电动机时，在所述异步电动机上的电流互感器的二次侧通过三个电流钳分别测取三相定子电流，在所述异步电动机上的电压互感器的二次侧通过三个海豚夹分别测取三相供电电压；
当所述异步电动机是低压异步电动机时，在所述异步电动机的接线端子处直接通过三个电流钳分别测取三相定子电流，在所述异步电动机接线端子处直接通过三个海豚夹分别测取三相供电电压。
第二方面，提供一种异步电动机转子断条故障检测装置，所述装置包括：
电流与电压采集模块，其被配置成采集预设采样时长内异步电动机的三相定子电流和三相供电电压；
电压值提取模块，其被配置成针对任意一相供电电压的电压值，沿着所述电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口，并提取每次滑动后落入所述滑动窗口中的电压值；
电压波动系数计算模块，其被配置成针对每次滑动后落入所述滑动窗口中的电压值，根据落入所述滑动窗口中的电压值计算电压波动系数；
瞬时无功功率计算模块，其被配置成判断最小的电压波动系数是否小于预设的系数阈值；若是，则获取所述最小的电压波动系数对应的电压值的采集时刻得到的三相定子电流和三相供电电压，根据所述三相定子电流与所述三相供电电压计算瞬时无功功率；
瞬时无功功率分析模块，其被配置成对所述瞬时无功功率进行傅里叶频谱分析，根据分析的结果判断是否存在频率为
Figure 425604DEST_PATH_IMAGE014
的功率分量，所述
Figure 283838DEST_PATH_IMAGE011
表示转差率，所述
Figure 364927DEST_PATH_IMAGE008
表示异步电动机的供电频率；若存在，则判定发生转子断条故障；若不存在，则判定未发生转子断条故障。
在第三方面，提供一种计算机设备，该计算机设备包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述异步电动机转子断条故障检测方法的技术方案中任一项所述的异步电动机转子断条故障检测方法。
在第四方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述异步电动机转子断条故障检测方法的技术方案中任一项技术方案所述的异步电动机转子断条故障检测方法。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
在实施本发明的技术方案中主要是通过下列步骤进行异步电动机转子断条故障检测：采集预设采样时长内异步电动机的三相定子电流和三相供电电压；针对任意一相供电电压的电压值，沿着电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口，并提取每次滑动后落入滑动窗口中的电压值；针对每次滑动后落入滑动窗口中的电压值，根据落入滑动窗口中的电压值计算电压波动系数；判断最小的电压波动系数是否小于预设的系数阈值；若小于系数阈值，则表明上述最小的电压波动系数对应的电压值的采集时刻得到的供电电压没有发生较大的电压波动，比较稳定，不会影响对转子断条故障的检测，因此可以利用这些采集时刻得到的三相定子电流和三相供电电压分析异步电动机是否发生转子断条故障。具体地，可以根据上述采集时刻得到的三相定子电流与三相供电电压计算瞬时无功功率，对瞬时无功功率进行傅里叶频谱分析，若存在频率为
Figure 793765DEST_PATH_IMAGE014
的功率分量则判定发生转子断条故障，若不存在频率为
Figure 352923DEST_PATH_IMAGE014
的功率分量则判定未发生转子断条故障。
通过上述实施方式，可以根据电压波动系数分析供电电压的电压波动幅度是否会影响转子断条故障的检测，在不影响转子断条故障的检测的情况下再根据异步电动机的瞬时无功功率的频谱分析其是否发生转子断条故障，克服了现有技术中在供电电压发生电压波动的情况下无法准确地检测异步电动机是否发生转子断条故障的缺陷。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。其中：
图1是根据本发明的一个实施例的异步电动机转子断条故障检测方法的主要步骤流程示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的采集异步电动机的三相定子电流和三相供电电压的电路原理示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的系数阈值获取方法的主要步骤流程示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的电压波动系数
Figure 800085DEST_PATH_IMAGE039
及异步电动机的瞬时无功功率的无功频谱峰值与额定视在功率的比值
Figure 52074DEST_PATH_IMAGE050
之间的关系示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的异步电动机发生转子断条故障且供电电压发生电压波动时滤除主频分量后的电压信号频谱图；
图6是根据本发明的一个实施例的异步电动机发生转子断条故障且供电电压发生电压波动时的瞬时无功功率频谱图；
图7是根据本发明的一个实施例的异步电动机未发生转子断条故障且供电电压发生电压波动时滤除主频分量后的电压信号频谱图；
图8是根据本发明的一个实施例的异步电动机未发生转子断条故障且供电电压发生电压波动时的瞬时无功功率频谱图；
图9是根据本发明的一个实施例的异步电动机发生转子断条故障且供电电压未发生电压波动时滤除主频分量后的电压信号频谱图；
图10是根据本发明的一个实施例的异步电动机发生转子断条故障且供电电压未发生电压波动时的瞬时无功功率频谱图；
图11是根据本发明的一个实施例的异步电动机转子断条故障检测装置的主要结构框图示意图。
附图标记列表：
11：电流与电压采集模块；12：电压值提取模块；13：电压波动系数计算模块；14：瞬时无功功率计算模块；15：瞬时无功功率分析模块。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。
参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的异步电动机转子断条故障检测方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的异步电动机转子断条故障检测方法主要包括下列步骤S101至步骤S109。
步骤S101：采集预设采样时长内异步电动机的三相定子电流和三相供电电压。
参阅附图2，异步电动机Motor的一端通过调压器与电网连接，异步电动机Motor的另一端与负载连接，电网通过调压器向异步电动机Motor提供电能。在异步电动机Motor与调压器之间的三相线路上分别设置有电流互感器和电压互感器，电流互感器用于测取流经每相线路的定子电流，电压互感器用于测取每相线路的供电电压。通过数据采集系统中的数据采集卡分别采集电流互感器测取到的三相定子电流以及采集电压互感器测取到的三相供电电压。数据采集系统可以将采集到的三相定子电流与三相供电电压输出至计算机设备。同时，在图2所示的三相定子电流和三相供电电压的电路原理示意图中还包括一个转速表，通过该转速表可以获取异步电动机Motor的转速。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需求灵活选择不同类型的电流互感器、电压互感器和数据采集卡，只要能够根据电流互感器、电压互感器和数据采集卡采集到异步电动机Motor的三相定子电流和三相供电电压即可。例如，在一个实施方式中数据采集卡可以是瑞博华RBH8351型信号采集卡。
进一步，在步骤S101的一个实施方式，根据异步电动机的电压等级不同可以采用不同的采集方法来采集三相定子电流和三相供电电压。
如果异步电动机属于高压异步电动机，此时由于异步电动机的电压等级较高，为了提高电流与电压采集的安全性，可以在异步电动机上的电流互感器的二次侧通过三个电流钳分别测取三相定子电流，并在异步电动机上的电压互感器的二次侧通过三个海豚夹分别测取三相供电电压。
如果异步电动机属于低压异步电动机，此时可以在异步电动机的接线端子处直接通过三个电流钳分别测取三相定子电流，在异步电动机的接线端子处直接通过三个海豚夹分别测取三相供电电压。
步骤S102：针对任意一相供电电压的电压值，沿着电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口，并提取每次滑动后落入滑动窗口中的电压值。
滑动窗口的预设尺度小于步骤S101中预设采样时长的时长。本领域技术人员可以根据实际需求灵活设置预设滑动步长的具体数值以及预设尺度的滑动窗口的具体数值，只要能够对预设采集时长内的电压值进行滑动提取即可。例如，在一个实施方式中预设采集时长是40s，预设滑动步长是1s，滑动窗口的尺度为10s，第1至5滑动后落入滑动窗口中的电压值可以如下表1所示。
表1
滑动次数 落入滑动窗口内的电压值
1 第1至10s采集到的电压值
2 第2至11s采集到的电压值
3 第3至12s采集到的电压值
4 第4至13s采集到的电压值
5 第5至14s采集到的电压值
进一步，在步骤S102的一个实施方式，可以在“沿着电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口”之前可以对步骤S101采集的供电电压的电压值进行滤波去除可能对转子断条故障检测存在干扰的电压值，以便能够根据滤波后的电压值准确地分析出是否发生转子断条故障。具体而言，在本实施方式中可以对步骤S101采集的供电电压的电压值进行滤波获取位于预设电压频率范围内的电压值，该预设电压频率范围内的电压值是去除了可能对转子断条故障检测存在干扰的电压值之后剩余的电压值。在获取到位于预设电压频率范围内的电压值之后，就可以沿着预设电压频率范围内的电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口，从而提取到的电压值都是能够用于准确分析是否存在转子断条故障的电压值。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据不同类型的异步电动机进行试验确定上述预设电压频率范围的具体取值范围。例如，在一个实施方式中，预设电压频率范围的最小值与最大值分别可以是45Hz和55Hz。同时，在本实施方式中可以采用滤波器，根据预设电压频率范围对电压值进行滤波。例如，可以采用巴特沃斯带通滤波器（Butterworth bandpassfilter）对电压值进行滤波。
在一个例子中，假设预设采集时长是40s，预设滑动步长是1s，滑动窗口的尺度为10s，滤波后位于预设电压频率范围的电压值的采样区间可以如下表2所示。
表2
滑动次数 落入滑动窗口内的电压值
1 第1s至第10s采集到的电压值
2 第2s至第11s采集到的电压值
3 第3s至第12s采集到的电压值
4 第4s至第13s采集到的电压值
5 第5s至第14s采集到的电压值
… …
31 第31s至第40s采集到的电压值
步骤S103：针对每次滑动后落入滑动窗口中的电压值，根据落入滑动窗口中的电压值计算电压波动系数。在一个实施方式中，为了避免边缘效应产生的影响，可以舍去首末两个电压波动系数，保留位于两个电压波动系数之间的电压波动系数，根据这些电压波动系数继续执行后续步骤。
电压波动系数指的是能够反映供电电压波动幅度的数值。电压波动系数越大，则表明供电电压波动幅度越大；反之，则越小。
步骤S104：判断最小的电压波动系数是否小于预设的系数阈值；若小于，则转至步骤S105；若大于等于，结束本轮转子断条故障检测。
针对每次滑动后落入滑动窗口中的电压值，都分别获取相应的电压波动系数，从这些电压波动系数中选取最小的电压波动系数与预设的系数阈值进行比较。
如果最小的电压波动系数小于预设的系数阈值，表明最小的电压波动系数对应的电压值的采集时刻得到的供电电压比较稳定，利用这些采集时刻的三相定子电流和三相供电电压进行转子断条故障检测会比较准确。如果最小的电压波动系数大于等于预设的系数阈值，表明即使是最小的电压波动系数对应的电压值的采集时刻得到供电电压的电压波动也比较大，因此无法根据步骤S101中预设采样时长内的所有三相定子电流和三相供电电压进行准确的转子断条故障检测，此时可以直接结束本轮转子断条故障检测。
步骤S105：获取最小的电压波动系数对应的电压值的采集时刻得到的三相定子电流和三相供电电压，根据三相定子电流与三相供电电压计算瞬时无功功率。
步骤S106：对瞬时无功功率进行傅里叶频谱分析。
步骤S107：根据分析的结果判断是否存在频率为
Figure 233788DEST_PATH_IMAGE014
的功率分量；若存在，则转至步骤S108；若不存在，则转至步骤S109。
在本实施例中
Figure 331057DEST_PATH_IMAGE011
表示转差率，
Figure 898305DEST_PATH_IMAGE008
表示异步电动机的供电频率。
步骤S108：判定发生转子断条故障。
步骤S109：判定未发生转子断条故障。
根据瞬时无功功率存在频率为
Figure 55616DEST_PATH_IMAGE014
的功率分量，判断异步电动机是否发生转子断条故障的方法原理可参见背景技术中公式（1）和公式（2）的相关内容。
基于上述步骤S101至步骤S109，可以根据电压波动系数分析供电电压的电压波动幅度是否会影响转子断条故障的检测，在不影响转子断条故障的检测的情况下再根据异步电动机的瞬时无功功率的频谱分析其是否发生转子断条故障，克服了现有技术中在供电电压发生电压波动的情况下无法准确地检测异步电动机是否发生转子断条故障的缺陷。
下面对上述步骤S103和步骤S104作具体说明。
在上述步骤S103的一个实施方式中可以采用奇异值分解（Singular ValueDecomposition）的方法根据落入滑动窗口中的电压值计算电压波动系数。在本实施方式中可以根据落入滑动窗口中的电压值建立的电压值的Hankel矩阵
Figure 724626DEST_PATH_IMAGE040
（汉克尔矩阵），供电电压的电压主频信号和电压波动信号集中体现在Hankel矩阵
Figure 360007DEST_PATH_IMAGE040
的奇异值上，前
Figure 47340DEST_PATH_IMAGE046
个比较大的奇异值（
Figure 375553DEST_PATH_IMAGE042
至
Figure 269210DEST_PATH_IMAGE062
）代表能量大且集中的电压主频信号，其余的奇异值（
Figure 973861DEST_PATH_IMAGE063
至
Figure 515701DEST_PATH_IMAGE043
）代表电压波动信号。通过分析代表电压波动信号的奇异值（
Figure 218077DEST_PATH_IMAGE063
至
Figure 845368DEST_PATH_IMAGE043
）与所有奇异值（
Figure 573283DEST_PATH_IMAGE042
至
Figure 235209DEST_PATH_IMAGE043
）的相对关系，就可以确定出能够表示电压波动幅度的电压波动系数。
具体而言，根据落入滑动窗口中的电压值建立的电压值的Hankel矩阵
Figure 905225DEST_PATH_IMAGE040
如下式（7）所示：
Figure 19811DEST_PATH_IMAGE064
（7）
在公式（7）中，
Figure 551418DEST_PATH_IMAGE065
是落入滑动窗口中的电压值的数量。针对落入滑动窗口中的
Figure 67850DEST_PATH_IMAGE065
个电压值再次采用滑动窗口法进行电压值提取，利用落入每个滑动窗口中的电压值建立公式（7）所示的Hankel矩阵
Figure 908767DEST_PATH_IMAGE040
。具体而言，本次滑动窗口法采用的滑动窗口的尺度为
Figure 510650DEST_PATH_IMAGE066
，滑动步长为1。沿着上述
Figure 845947DEST_PATH_IMAGE065
个电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据上述滑动步长滑动尺度为
Figure 216886DEST_PATH_IMAGE066
的滑动窗口，将落入每个滑动窗口中的电压值分别作为Hankel矩阵A的每行的元素。在滑动过程中，当滑动形成的滑动窗口的数量
Figure 228704DEST_PATH_IMAGE067
与滑动窗口的尺度
Figure 52303DEST_PATH_IMAGE066
相等时停止滑动，
Figure 188362DEST_PATH_IMAGE068
。
在一个例子中，按照采集时刻由先至后的顺序，假设落入滑动窗口中的电压值依次是
Figure 413807DEST_PATH_IMAGE069
至
Figure 596527DEST_PATH_IMAGE070
，即
Figure 173002DEST_PATH_IMAGE071
，滑动窗口的尺度为
Figure 115681DEST_PATH_IMAGE072
。通过上述方法建立的Hankel矩阵
Figure 195632DEST_PATH_IMAGE073
。
进一步，通过下述公式（8）对Hankel矩阵
Figure 549253DEST_PATH_IMAGE040
进行奇异值分解，可以得到Hankel矩阵
Figure 613024DEST_PATH_IMAGE040
的奇异值。
Figure 828236DEST_PATH_IMAGE074
Figure 28273DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 818375DEST_PATH_IMAGE076
的对角线元素就是Hankel矩阵
Figure 838283DEST_PATH_IMAGE040
的奇异值。其中，
Figure 122765DEST_PATH_IMAGE077
，
Figure 177309DEST_PATH_IMAGE078
为Hankel矩阵
Figure 872733DEST_PATH_IMAGE040
的秩，
Figure 645516DEST_PATH_IMAGE079
。
Figure 459321DEST_PATH_IMAGE080
是
Figure 368371DEST_PATH_IMAGE081
维的正交方阵，
Figure 500275DEST_PATH_IMAGE082
是
Figure 494776DEST_PATH_IMAGE083
维的正交方阵，
Figure 573591DEST_PATH_IMAGE084
表示共轭转置。
继续建立秩为
Figure 150196DEST_PATH_IMAGE046
的低秩矩阵
Figure 187423DEST_PATH_IMAGE045
，利用该低秩矩阵
Figure 934799DEST_PATH_IMAGE045
逼近Hankel矩阵
Figure 551725DEST_PATH_IMAGE040
，从而确定出
Figure 186100DEST_PATH_IMAGE046
的取值，在Hankel矩阵
Figure 394227DEST_PATH_IMAGE040
的奇异值中前
Figure 160058DEST_PATH_IMAGE046
个比较大的奇异值（
Figure 580675DEST_PATH_IMAGE042
至
Figure 69556DEST_PATH_IMAGE062
）代表能量大且集中的电压主频信号，其余的奇异值（
Figure 714164DEST_PATH_IMAGE063
至
Figure 170553DEST_PATH_IMAGE043
）代表电压波动信号。具体地，参数
Figure 926020DEST_PATH_IMAGE046
的取值为满足
Figure 532057DEST_PATH_IMAGE047
的最小正整数。参数
Figure 347566DEST_PATH_IMAGE085
如下式（9）所示，
Figure 25672DEST_PATH_IMAGE049
。在一个实施方式中
Figure 584830DEST_PATH_IMAGE086
的取值为0.999。
Figure 48303DEST_PATH_IMAGE087
在公式（9）中，
Figure 34714DEST_PATH_IMAGE041
表示Frobenius范数，参数
Figure 465695DEST_PATH_IMAGE088
，
Figure 562964DEST_PATH_IMAGE081
是公式（8）中正交方阵
Figure 880944DEST_PATH_IMAGE080
的维数，
Figure 38256DEST_PATH_IMAGE083
是公式（8）中正交方阵
Figure 956533DEST_PATH_IMAGE082
的维数，
Figure 591914DEST_PATH_IMAGE042
至
Figure 295559DEST_PATH_IMAGE043
是Hankel矩阵
Figure 358193DEST_PATH_IMAGE040
的奇异值。
通过
Figure 763766DEST_PATH_IMAGE089
衡量低秩矩阵
Figure 202838DEST_PATH_IMAGE045
逼近Hankel矩阵
Figure 498340DEST_PATH_IMAGE040
的质量，同时结合公式（9）可以得到下式（10）所示的电压波动系数
Figure 997454DEST_PATH_IMAGE039
的计算公式。
Figure 624745DEST_PATH_IMAGE090
基于上述实施方式，通过分析代表电压波动信号的奇异值（
Figure 867507DEST_PATH_IMAGE063
至
Figure 732695DEST_PATH_IMAGE043
）与所有奇异值（
Figure 153443DEST_PATH_IMAGE042
至
Figure 2451DEST_PATH_IMAGE043
）的相对关系，能够准确地确定出表示电压波动幅度的电压波动系数。
在上述步骤S104的一个实施方式中，参阅附图3，可以通过下列步骤S201至步骤S205确定电压波动系数的系数阈值。
步骤S201：获取在不同电压波动系数
Figure 48904DEST_PATH_IMAGE039
下异步电动机的瞬时无功功率的无功频谱峰值与额定视在功率的比值
Figure 565336DEST_PATH_IMAGE050
。
通过仿真获取异步电动机未发生转子断条故障且供电电压发生电压波动时的多组电压波动系数
Figure 156985DEST_PATH_IMAGE039
与比值
Figure 493289DEST_PATH_IMAGE050
。一个实施方式中设定额定视在功率
Figure 77854DEST_PATH_IMAGE091
，第
Figure 996262DEST_PATH_IMAGE046
相的定子电流
Figure 211343DEST_PATH_IMAGE017
和供电电压
Figure 300522DEST_PATH_IMAGE016
的计算公式分别如下述公式（11）所示，
Figure 423199DEST_PATH_IMAGE092
。
Figure 914223DEST_PATH_IMAGE093
通过改变供电电压的调幅波幅值得到下表3所示的10组电压波动系数
Figure 844745DEST_PATH_IMAGE039
与比值
Figure 155641DEST_PATH_IMAGE050
。
表3
调幅波幅值与电压基波幅值之比
Figure 82009DEST_PATH_IMAGE094
 电压波动系数
Figure 427539DEST_PATH_IMAGE095
 比值
Figure 531893DEST_PATH_IMAGE096
0.001 0.0485 2.6949
0.002 0.0963 4.4128
0.003 0.1445 6.2403
0.004 0.1927 8.1457
0.005 0.2408 10.0804
0.006 0.2890 12.0297
0.007 0.3372 13.9912
0.008 0.3853 15.9552
0.009 0.4335 17.9313
0.010 0.4817 19.8977
步骤S202：以电压波动系数
Figure 330084DEST_PATH_IMAGE039
为自变量，以比值
Figure 60143DEST_PATH_IMAGE050
为因变量，对电压波动系数
Figure 260180DEST_PATH_IMAGE039
与比值
Figure 535435DEST_PATH_IMAGE050
进行多项式拟合，得到比值
Figure 820923DEST_PATH_IMAGE050
的计算函数
Figure 620251DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 409216DEST_PATH_IMAGE052
和
Figure 855372DEST_PATH_IMAGE053
分别是通过多项式拟合确定的系数。
表3所示的电压波动系数
Figure 628156DEST_PATH_IMAGE039
与比值
Figure 965596DEST_PATH_IMAGE050
之间的数据关系如附图4所示，通过多项式拟合得到比值
Figure 874646DEST_PATH_IMAGE050
的计算函数
Figure 771931DEST_PATH_IMAGE097
。
步骤S203：获取在异步电动机发生转子断条故障且供电电压未发生电压波动时无功频谱峰值与额定视在功率的比值
Figure 766432DEST_PATH_IMAGE054
。
无功频谱峰值与额定视在功率的比值
Figure 641984DEST_PATH_IMAGE054
，约等于异步电动机发生转子断条故障且供电电压未发生电压波动时电流特征频率分量的幅值与定子电流主频分量的幅值之比。其中，电流特征频率分量幅值是指表示异步电动机发生转子断条故障的频率为(
Figure 405541DEST_PATH_IMAGE007
)
Figure 459079DEST_PATH_IMAGE008
的分量的幅值。
在一个实施方式中
Figure 144138DEST_PATH_IMAGE098
。
步骤S204：根据比值
Figure 354539DEST_PATH_IMAGE054
的最小值
Figure 441444DEST_PATH_IMAGE055
确定当供电电压发生电压波动时影响转子断条故障检测准确性的比值
Figure 462621DEST_PATH_IMAGE050
的最小值
Figure 634976DEST_PATH_IMAGE056
，其中，
Figure 852331DEST_PATH_IMAGE057
。当比值
Figure 590480DEST_PATH_IMAGE050
大于最小值
Figure 235088DEST_PATH_IMAGE056
时就可以判定供电电压发生电压波动会影响转子断条故障检测的准确性。
在一个实施方式中如果
Figure 442209DEST_PATH_IMAGE098
，则可以设定
Figure 197676DEST_PATH_IMAGE099
。
步骤S205：根据步骤S202确定的计算函数计算当
Figure 55910DEST_PATH_IMAGE058
时的电压波动系数
Figure 605840DEST_PATH_IMAGE039
，将计算出的电压波动系数
Figure 297328DEST_PATH_IMAGE039
作为系数阈值
Figure 856486DEST_PATH_IMAGE059
。
如果电压波动系数
Figure 569227DEST_PATH_IMAGE039
大于等于系数阈值
Figure 555637DEST_PATH_IMAGE059
，则表明供电电压发生的电压波动会影响转子断条故障检测准确性；如果电压波动系数
Figure 471772DEST_PATH_IMAGE039
小于系数阈值
Figure 569041DEST_PATH_IMAGE059
，则表明供电电压发生的电压波动不会影响转子断条故障检测准确性。
基于上述步骤S201至步骤S205，能够准确分析出电压波动系数
Figure 401868DEST_PATH_IMAGE039
与比值
Figure 559179DEST_PATH_IMAGE050
之间的关系，从而确定出能够准确判断供电电压发生的电压波动是否会影响转子断条故障检测准确性的系数阈值
Figure 962610DEST_PATH_IMAGE059
。
下面以型号为Y100L-2的笼型异步电动机为例进行实验，来对上述步骤S101至步骤S109所述的异步电动机转子断条故障检测方法的技术效果进行说明。除正常转子外，另外配备一个故障转子以模拟转子断条故障，该故障转子存在一根断裂导条（距端环10mm处钻孔，直径6mm、深度10mm）。
针对“发生转子断条故障且发生电压波动”、“未发生转子断条故障且发生电压波动”、“发生转子断条故障且未发生电压波动”这三种情况分别进行说明。
一、发生转子断条故障且发生电压波动
在本实施例中转差率
Figure 863570DEST_PATH_IMAGE100
，电压主频信号频率
Figure 550903DEST_PATH_IMAGE008
为49.95Hz，异步电动机发生转子断条故障时瞬时无功功率的频率范围为0.5~5Hz。
采用上述步骤S101至步骤S109所述的异步电动机转子断条故障检测方法，根据当前实验数据得出此时的电压波动系数
Figure 879116DEST_PATH_IMAGE101
，由于系数阈值
Figure 769843DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure 208915DEST_PATH_IMAGE102
，因此，通过该方法判定无法利用当前实验数据准确地分析出是否发生了转子断条故障。
参阅附图5和附图6，图5是滤除主频分量后的电压信号频谱图，图6是瞬时无功功率频谱图。通过图5可以确定在50.97Hz频率处出现电压幅值峰值（1.06982V），电压调幅波频率为1.02Hz。通过图6可以确定，瞬时无功功率也存在频率为1.02Hz的功率分量（4.28617Var）。因此，根据1.02Hz的功率分量很可能会造成误判。具体地，如果供电电压发生波动，但异步电动机没有发生转子断条故障时也会存在1.02Hz的分量，此时就会误判发生了转子断条故障。而根据表示异步电动机发生转子断条故障的瞬时无功功率
Figure 750755DEST_PATH_IMAGE103
可以确定此时能够真正表示异步电动机发生了转子断条故障的瞬时无功功率的频率分量是2.37Hz分量。
通过上述实验分析可以确定在“发生转子断条故障且发生电压波动”的情况下，根据上述步骤S101至步骤S109所述的异步电动机转子断条故障检测方法能够准确地辨别出供电电压的电压波动对转子断条故障的检测产生了影响。
二、未发生转子断条故障且发生电压波动
采用上述步骤S101至步骤S109所述的异步电动机转子断条故障检测方法，根据当前实验数据得出此时的电压波动系数
Figure 249869DEST_PATH_IMAGE104
，由于系数阈值
Figure 630822DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure 139163DEST_PATH_IMAGE102
，因此，通过该方法判定无法利用当前实验数据准确地分析出是否发生了转子断条故障。
参阅附图7和附图8，图7是滤除主频分量后的电压信号频谱图，图8是瞬时无功功率频谱图。通过图7可以确定在50.56Hz频率处出现电压幅值峰值（1.11672V），电压调幅波频率为0.59Hz。通过图8可以确定，瞬时无功功率也存在频率为0.59Hz的功率分量（3.20101Var）。由于0.59Hz落入了异步电动机发生转子断条故障时瞬时无功功率的频率范围为0.5~5Hz的范围内，此时就会误判发生了转子断条故障。
通过上述实验分析可以确定在“未发生转子断条故障且发生电压波动”的情况下，根据上述步骤S101至步骤S109所述的异步电动机转子断条故障检测方法能够准确地辨别出供电电压的电压波动对转子断条故障的检测产生了影响。
三、发生转子断条故障且未发生电压波动
在本实施例中转差率
Figure 535510DEST_PATH_IMAGE105
，电压主频信号频率
Figure 205525DEST_PATH_IMAGE008
为50.01Hz，异步电动机发生转子断条故障时瞬时无功功率的频率范围为0.5~5Hz。
采用上述步骤S101至步骤S109所述的异步电动机转子断条故障检测方法，根据当前实验数据得出此时的电压波动系数
Figure 70844DEST_PATH_IMAGE106
，由于系数阈值
Figure 320560DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure 368150DEST_PATH_IMAGE107
，因此，通过该方法判定可以利用当前实验数据准确地分析出是否发生了转子断条故障。
参阅附图9和附图10，图9是滤除主频分量后的电压信号频谱图，图10是瞬时无功功率频谱图。通过图9可以确定供电电压平稳未出现明显尖峰。通过图10可以确定瞬时无功功率只出现了表示异步电动机发生转子断条故障的瞬时无功功率中的频率
Figure 412330DEST_PATH_IMAGE108
的分量，表明异步电动机发生了发生转子断条故障。
通过上述实验分析可以确定在“发生转子断条故障且未发生电压波动”的情况下，根据上述步骤S101至步骤S109所述的异步电动机转子断条故障检测方法能够准确地辨别出供电电压的电压波动没有对转子断条故障的检测产生影响。
通过上述三个实验分析能够确定根据上述步骤S101至步骤S109所述的异步电动机转子断条故障检测方法能够准确地筛选出会影响转子断条故障检测准确性的供电电压和定子电流，从而就可以选取不会影响转子断条故障检测准确性的供电电压和定子电流进行转子断条故障检测。
需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时（并行）执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。
进一步，本发明还提供了一种异步电动机转子断条故障检测装置。
参阅附图11，图11是根据本发明的一个实施例的异步电动机转子断条故障检测装置的主要结构框图。如图11所示，本发明实施例中的异步电动机转子断条故障检测装置主要包括电流与电压采集模块11、电压值提取模块12、电压波动系数计算模块13、瞬时无功功率计算模块14和瞬时无功功率分析模块15。在一些实施例中电流与电压采集模块11可以被配置成采集预设采样时长内异步电动机的三相定子电流和三相供电电压；电压值提取模块12可以被配置成针对任意一相供电电压的电压值，沿着电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口，并提取每次滑动后落入滑动窗口中的电压值；电压波动系数计算模块13可以被配置成针对每次滑动后落入滑动窗口中的电压值，根据落入滑动窗口中的电压值计算电压波动系数；瞬时无功功率计算模块14可以被配置成判断最小的电压波动系数是否小于预设的系数阈值；若是，则获取最小的电压波动系数对应的电压值的采集时刻得到的三相定子电流和三相供电电压，根据三相定子电流与三相供电电压计算瞬时无功功率；瞬时无功功率分析模块15可以被配置成对瞬时无功功率进行傅里叶频谱分析，根据分析的结果判断是否存在频率为
Figure 14212DEST_PATH_IMAGE014
的功率分量，
Figure 349510DEST_PATH_IMAGE011
表示转差率，
Figure 720448DEST_PATH_IMAGE008
表示异步电动机的供电频率；若存在，则判定发生转子断条故障；若不存在，则判定未发生转子断条故障。一个实施方式中，具体实现功能的描述可以参见步骤S101至步骤S109所述。
上述异步电动机转子断条故障检测装置以用于执行图11所示的异步电动机转子断条故障检测方法实施例，两者的技术原理、所解决的技术问题及产生的技术效果相似，本技术领域技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，异步电动机转子断条故障检测装置的具体工作过程及有关说明，可以参考异步电动机转子断条故障检测方法的实施例所描述的内容，此处不再赘述。
本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。
进一步，本发明还提供了一种计算机设备。在根据本发明的一个计算机设备实施例中，该计算机设备包括处理器和存储装置，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的异步电动机转子断条故障检测方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的异步电动机转子断条故障检测方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。
进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。在根据本发明的一个计算机可读存储介质实施例中，计算机可读存储介质可以被配置成存储执行上述方法实施例的异步电动机转子断条故障检测方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述异步电动机转子断条故障检测方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机可读存储介质可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中计算机可读存储介质是非暂时性的计算机可读存储介质。
进一步，应该理解的是，由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的装置的功能单元，这些模块对应的物理器件可以是处理器本身，或者处理器中软件的一部分，硬件的一部分，或者软件和硬件结合的一部分。因此，图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。
本领域技术人员能够理解的是，可以对装置中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理，因此，拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异步电动机转子断条故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：
采集预设采样时长内异步电动机的三相定子电流和三相供电电压；
针对任意一相供电电压的电压值，沿着所述电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口，并提取每次滑动后落入所述滑动窗口中的电压值；
针对每次滑动后落入所述滑动窗口中的电压值，根据落入所述滑动窗口中的电压值计算电压波动系数；
判断最小的电压波动系数是否小于预设的系数阈值；
若是，则获取所述最小的电压波动系数对应的电压值的采集时刻得到的三相定子电流和三相供电电压，根据所述三相定子电流与所述三相供电电压计算瞬时无功功率；
对所述瞬时无功功率进行傅里叶频谱分析，根据分析的结果判断是否存在频率为
Figure 258498DEST_PATH_IMAGE001
的功率分量，所述
Figure 868470DEST_PATH_IMAGE002
表示转差率，所述
Figure 632027DEST_PATH_IMAGE003
表示异步电动机的供电频率；若存在，则判定发生转子故障；若不存在，则判定未发生转子故障。
2.根据权利要求1所述的异步电动机转子断条故障检测方法，其特征在于，“根据落入所述滑动窗口中的电压值计算电压波动系数”的步骤具体包括采用下述公式并根据落入所述滑动窗口中的电压值计算电压波动系数：
Figure 685565DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 167362DEST_PATH_IMAGE005
表示电压波动系数，
Figure 581026DEST_PATH_IMAGE006
表示根据落入所述滑动窗口中的电压值建立的电压值的Hankel矩阵，
Figure 464668DEST_PATH_IMAGE007
表示Frobenius范数，
Figure 689107DEST_PATH_IMAGE008
至
Figure 658200DEST_PATH_IMAGE009
表示所述Hankel矩阵
Figure 875555DEST_PATH_IMAGE006
的奇异值，
Figure 613704DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 23692DEST_PATH_IMAGE011
表示矩阵的秩为
Figure 745661DEST_PATH_IMAGE012
的低秩矩阵，所述
Figure 501127DEST_PATH_IMAGE012
的取值是满足
Figure 359362DEST_PATH_IMAGE013
的最小正整数，
Figure 660024DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 603710DEST_PATH_IMAGE015
。
3.根据权利要求1所述的异步电动机转子断条故障检测方法，其特征在于，所述方法还包括通过下列步骤确定系数阈值：
获取在不同电压波动系数
Figure 162867DEST_PATH_IMAGE005
下所述异步电动机的瞬时无功功率的无功频谱峰值与额定视在功率的比值
Figure 875608DEST_PATH_IMAGE016
；
以所述电压波动系数
Figure 612751DEST_PATH_IMAGE005
为自变量，以所述比值
Figure 778153DEST_PATH_IMAGE016
为因变量，对所述电压波动系数
Figure 875422DEST_PATH_IMAGE005
与所述比值
Figure 442670DEST_PATH_IMAGE016
进行多项式拟合，得到比值
Figure 616293DEST_PATH_IMAGE016
的计算函数
Figure 268991DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 169951DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 857284DEST_PATH_IMAGE019
分别是通过多项式拟合确定的系数；
获取在所述异步电动机发生转子故障且供电电压未发生电压波动时所述无功频谱峰值与所述额定视在功率的比值
Figure 933300DEST_PATH_IMAGE020
，根据所述比值
Figure 73295DEST_PATH_IMAGE020
的最小值
Figure 512366DEST_PATH_IMAGE021
确定当供电电压发生电压波动时影响转子故障检测准确性的比值
Figure 54206DEST_PATH_IMAGE016
的最小值
Figure 304053DEST_PATH_IMAGE022
，其中，
Figure 931343DEST_PATH_IMAGE023
；
根据所述计算函数
Figure 174106DEST_PATH_IMAGE017
计算当
Figure 570452DEST_PATH_IMAGE024
时的电压波动系数
Figure 991200DEST_PATH_IMAGE005
，将计算出的电压波动系数
Figure 105787DEST_PATH_IMAGE005
作为系数阈值
Figure 152240DEST_PATH_IMAGE025
。
4.根据权利要求3所述的异步电动机转子断条故障检测方法，其特征在于，所述最小值
Figure 403093DEST_PATH_IMAGE022
的取值为0.01，所述计算函数
Figure 994743DEST_PATH_IMAGE026
，所述系数阈值
Figure 596625DEST_PATH_IMAGE027
。
5.根据权利要求1所述的异步电动机转子断条故障检测方法，其特征在于，在“沿着所述电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口”的步骤之前，所述方法还包括：
对所述电压值进行滤波，获取位于预设电压频率范围内的电压值，以根据位于所述预设电压频率范围内的电压值执行“沿着所述电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口”的步骤。
6.根据权利要求5所述的异步电动机转子断条故障检测方法，其特征在于，“对所述电压值进行滤波，获取位于预设电压频率范围内的电压值”的步骤具体包括：
采用巴特沃斯带通滤波器对所述电压值进行滤波，获取位于预设电压频率范围内的电压值，其中，所述预设电压频率范围的最小值与最大值分别是45Hz和55Hz。
7.根据权利要求1所述的异步电动机转子断条故障检测方法，其特征在于，“采集预设采样时长内异步电动机的三相定子电流和三相供电电压”的步骤具体包括：
当所述异步电动机是高压异步电动机时，在所述异步电动机上的电流互感器的二次侧通过三个电流钳分别测取三相定子电流，在所述异步电动机上的电压互感器的二次侧通过三个海豚夹分别测取三相供电电压；
当所述异步电动机是低压异步电动机时，在所述异步电动机的接线端子处直接通过三个电流钳分别测取三相定子电流，在所述异步电动机上的接线端子处直接三个海豚夹分别测取三相供电电压。
8.一种异步电动机转子断条故障检测装置，其特征在于，所述装置包括：
电流与电压采集模块，其被配置成采集预设采样时长内异步电动机的三相定子电流和三相供电电压；
电压值提取模块，其被配置成针对任意一相供电电压的电压值，沿着所述电压值的采集时刻由先至后的顺序，根据预设滑动步长滑动预设尺度的滑动窗口，并提取每次滑动后落入所述滑动窗口中的电压值；
电压波动系数计算模块，其被配置成针对每次滑动后落入所述滑动窗口中的电压值，根据落入所述滑动窗口中的电压值计算电压波动系数；
瞬时无功功率计算模块，其被配置成判断最小的电压波动系数是否小于预设的系数阈值；若是，则获取所述最小的电压波动系数对应的电压值的采集时刻得到的三相定子电流和三相供电电压，根据所述三相定子电流与所述三相供电电压计算瞬时无功功率；
瞬时无功功率分析模块，其被配置成对所述瞬时无功功率进行傅里叶频谱分析，根据分析的结果判断是否存在频率为
Figure 181190DEST_PATH_IMAGE001
的功率分量，所述
Figure 552129DEST_PATH_IMAGE002
表示转差率，所述
Figure 317609DEST_PATH_IMAGE003
表示异步电动机的供电频率；若存在，则判定发生转子故障；若不存在，则判定未发生转子故障。
9.一种计算机设备，包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行权利要求1至7中任一项所述的异步电动机转子断条故障检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行权利要求1至7中任一项所述的异步电动机转子断条故障检测方法。
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