CN115542142B - 一种在线监视电动机电源接触器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线监视电动机电源接触器的方法包括：采集电动机接触器输出端的三相电流，基于所述三相电流计算有效值；记录各相电流的启动时间和合闸时间并确定三相电流启动时间和合闸时间的阈值；将所述记录的启动时间、合闸时间与所述启动时间阈值、合闸时间阈值进行比较；并基于比较结果判断电动机电源接触器状态。本发明通过在线监视电动机的合闸和启动过程，实现在线判断接触器工况，进而实现故障预警目的；通过利用电源接触器副接点唤醒电流的采集方式，实现对设备运行数据的准确采集以及精确获取电动机启动开始时间，保障了数据采集的准确性进而提高了电源接触器判断结果的准确性。

Description

一种在线监视电动机电源接触器的方法

技术领域

本发明涉及电动机故障检测技术领域，具体为一种在线监视电动机电源接触器的方法。

背景技术

电动机的电源接触器是电动机驱动系统易发故障的部件之一，通常会出现三相合闸不同期以及动、静触头间接触电阻大等问题，问题严重时足以导致电动机在三相电源不对称或欠压下运行时，发生电动机绕组过热乃至绝缘烧损的情况。

现有的用于检验电动机的电源接触器是否存在故障的方法主要是：在对电动机定期大修时，对电动机进行解体以检查三相同期性及接触电阻是否存在问题，以现有方法来检验电动机的电源接触器是否存在故障不仅费时费力，而且无法及时发现电动机电源接触器发生故障，以至于难以有效避免电动机发生电动机绕组过热乃至绝缘烧损的情况。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：如何在电动机运行过程中及时发现电源接触器发生故障。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种在线监视电动机电源接触器的方法，包括：

采集电动机接触器输出端的三相电流，基于所述三相电流计算有效值；

记录各相电流的启动时间和合闸时间并确定三相电流启动时间和合闸时间的阈值；

将所述记录的启动时间、合闸时间与所述启动时间阈值、合闸时间阈值进行比较；并基于比较结果判断电动机电源接触器状态。

作为本发明所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法的一种优选方案，其中：所述采集电动机接触器输出端的三相电流，包括：

将电动机接触器的副接点接入数据采样装置，当接触器合闸时，副接点闭合，高速唤醒电流采样装置进行高频同步采集；当接触器分闸时，副接点断开，沉睡电流采集装置。

作为本发明所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法的一种优选方案，其中：所述高频同步采集，包括：

设置高频采样频率为12800Hz，利用数据采集装置高频同步采集电动机接触器输出端的三相电流。

作为本发明所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法的一种优选方案，其中：所述计算有效值，包括：

采集时域离散的电流信号序列{i(t)}，t＝1，2，3，...，N，对i(t)作希尔伯特变换得到：

其中，π为圆周率，t为时间，τ为积分变量，i(t)为电流的时域函数，H(i(t))为i(t)的希尔伯特变换；

定义i(t)的有效值I(t)：

其中，i(t)为电流的时域函数，H(i(t))为i(t)的希尔伯特变换，I(t)是电流i(t)有效值随时间变化的函数。

作为本发明所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法的一种优选方案，其中：所述三相电流启动时间，包括：

将各相电流从电流有效值下降至电动机额定电流的时间定义为三相电流各相的启动时间。

作为本发明所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法的一种优选方案，其中：所述三相电流合闸时间，包括：

将各相电流从电流有效值达到电流最大值的时间定义为三相电流各相的合闸时间。

作为本发明所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法的一种优选方案，其中：所述确定三相电流启动时间差值阈值，包括：

多次测量正常状态下电动机三相电流启动时间，对于每一次测量结果计算三相启动时间差值的最大值，将获取的数据乘以相应的可靠系数，作为启动时间差值阈值。

作为本发明所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法的一种优选方案，其中：所述三相电流合闸时间阈值，包括：

多次测量正常状态下电动机三相电流合闸时间，对于每一次测量结果计算三相合闸时间差值的最大值，将获取的数据乘以相应的可靠系数，作为启动时间差值阈值。

作为本发明所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法的一种优选方案，其中：所述判断电动机电源接触器状态，包括：

将采集的三相电流启动时间与所述三相电流启动时间阈值进行比较，当采集的三项电流启动时间在三相电流启动时间阈值范围内时，则判定电动机电源接触器暂无故障；当采集的三相电流启动时间超过三相电流启动时间阈值时，则判定此时电动机电源接触器动、静触头间接触电阻大，需进行维修。

作为本发明所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法的一种优选方案，其中：所述判断电动机电源接触器状态，还包括：

将采集的三相电流合闸时间与所述三相电流合闸时间阈值进行比较，当采集的三项电流合闸时间在三相电流合闸时间阈值范围内时，则判定电动机电源接触器暂无故障；当采集的三相电流合闸时间超过三相电流合闸时间阈值时，则判定此时电动机电源接触器合闸不同期，需进行维修。

本发明的有益效果：本发明通过在线监视电动机的合闸和启动过程，实现了运行过程中在线判断接触器工况，能实现故障预警目的，避免了常规方法需要停机解体试验的方式；通过利用电源接触器副接点唤醒电流的采集方式，实现了只采集设备运行数据的数据采集目标，避免了设备停止状态下的无效零电流采集，节省了通信流量和数据库资源；通过电源接触器副接点唤醒电流的采集方式，精确获取电动机启动开始时间，不仅能快速方便地通过采集到的电流计算相应启动时间和合闸时间，也为可以避免将启动电流误判为短时过电流；通过在线监控电动机三相电流实现了对电源接触器的在线监控，进而实现了设备不停机检测电源接触器状态的目标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例提供的一种在线监视电动机电源接触器的方法的整体流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种在线监视电动机电源接触器的方法，包括：

S1：采集电动机接触器输出端的三相电流，基于所述三相电流计算有效值。

进一步的，以接触器副接点接入采样装置，当接触器合闸时，副接点闭合，高速唤醒电流采样装置进行高频同步采集三相电流，当接触器分闸时，

副接点断开，沉睡电流采集装置。

应说明的是，通过接触器合闸、副接点闭合的方式来唤醒三相电流采样装置来对电动机电源接触器的三相电流进行采集，能够实现对设备运行期间三相电流数据进行采集的数据采集目标，有效避免了设备停止状态下的无效的零电流采集，进而节省了通信流量和数据库资源。

还应说明的是，通过接触器合闸、副接点闭合的方式来唤醒电流采集装置，能够精准获取电动机启动开始时间，不仅能快速方便地通过所采集到的电流数据计算相应启动时间和合闸时间，也可以避免将启动电流误判为短时过电流。

更进一步的，设置数据采集装置的采集频率为12800Hz，高频同步采集电动机接触器输出端三相电流。

更进一步的，通过5G的方式将采集到的三相电流数据传输至数据库，进行数据存储以供后续调用。

应说明的是，通过5G的方式进行数据传输能够有效提高数据的传输效率，进而实现电动机电源接触器故障快速预警的目标。

更进一步的，计算三相电流的有效值，具体为：采集时域离散的电流信号序列{i(t)}，t＝1，2，3，...，N，对i(t)作希尔伯特变换得到：

其中，π为圆周率，t为时间，τ为积分变量，i(t)为电流的时域函数，H(i(t))为i(t)的希尔伯特变换。

定义i(t)的有效值I(t)：

其中，i(t)为电流的时域函数，H(i(t))为i(t)的希尔伯特变换，I(t)是电流i(t)有效值随时间变化的函数。

对三相电流序列{i_A(t)}，{i_B(t)}，{i_C(t)}分别采取如上方法得到相应的有效值序列{I_A(t)}，{I_B(t)}，{I_C(t)}。

应说明的是，由于启动过程中三相交流电流的幅值变化较大，故用一般意义的均方根求有效值的平均值无意义，因此在本发明中需要得到幅值关于时间的函数，用于计算三相电流的有效值。

S2：记录各相电流的启动时间和合闸时间并确定三相电流启动时间差值阈值和合闸时间阈值。

进一步的，将各相电流从电流有效值下降至电动机额定电流的时间定义为三相电流各相的启动时间；将各相电流从电流有效值达到电流最大值的时间定义为三相电流各相的合闸时间。

应说明的是，三相电流的启动时间阈值和合闸时间阈值可通过电动机等效π型电路进行计算，但需要通过试验计算电动机的参数，实用性不强，因此，本发明选择通过正常状态下，多次测量电动机的启动时间和合闸时间进行三相电流启动时间阈值和合闸时间阈值的确定。

更进一步的，获取三相电流启动时间差值的阈值，具体的获取方式为：

测量20次正常状态下电动机三相启动时间，对于每一次测量结果计算三相启动时间差值的最大值，总共得到20个数据，该数据乘以可靠系数1.1，作为启动时间差值阈值。

应说明的是，可靠系数并非固定值，在实际应用场景中，对于给定的电动机及其电源接触器，可以根据实际和检修反馈调整可靠系数。

更进一步的，获取三相电流合闸时间的阈值，具体获取方式为：

测量20次正常状态下电动机三相合闸时间，对于每一次测量结果计算三相合闸时间差值的最大值，总共得到20个数据，该数据乘以可靠系数1.1，作为合闸时间阈值。

应说明的是，在获取三相电流的启动时间和合闸时间时，测量正常状态下的启动时间和合闸时间的测量次数越多，相应的阈值区间就会越准确。

更进一步的，采集当前状态下的三相电流，并获取该状态下的启动时间和合闸时间。

S3：将所述记录的启动时间、合闸时间与所述启动时间阈值、合闸时间阈值进行比较；并基于比较结果判断电动机电源接触器状态。

进一步的，将采集的三相电流的启动时间与三相启动时间阈值进行比较，当采集的三项电流启动时间在三相电流启动时间阈值范围内时，则判定电动机电源接触器暂无故障；当采集的三相电流启动时间超过三相电流启动时间阈值时，则判定此时电动机电源接触器动、静触头间接触电阻大，需进行维修。

更进一步的，将采集的三相电流合闸时间与所述三相电流合闸时间阈值进行比较，当采集的三项电流合闸时间在三相电流合闸时间阈值范围内时，则判定电动机电源接触器暂无故障；当采集的三相电流合闸时间超过三相电流合闸时间阈值时，则判定此时电动机电源接触器合闸不同期，需进行维修。

应说明的是，通过在线监控电动及的启动和合闸过程，获取其启动时间和合闸时间，实现了在线对电动机电源接触工况进行判断，避免了常规方法需要停机解体试验的方式，有效提高了故障响应效率。

实施例2

参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种在线监视电动机电源接触器的方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。

首先，设置数据采样装置的采样频率为12800Hz，对电动机电源接触器的输出端三相电流进行采集，并计算三相电流有效值。

其次，采集正常状态下的三相电流启动时间和合闸时间并计算相应的阈值，如下表所示：

启动时间(s)	启动时间阈值(s)	合闸时间(s)	合闸时间阈值(s)
				8.77695312	9.3	0.78232423	0.85
8.77578125	9.3	0.77233457	0.85
				8.95015625	9.3	0.77445225	0.85
8.88645312	9.3	0.77123435	0.85
				8.80324125	9.3	0.78123423	0.85
8.92345325	9.3	0.77932432	0.85
				8.90234537	9.3	0.77124324	0.85
8.79213215	9.3	0.80234022	0.85
				8.81321245	9.3	0.80123324	0.85
8.80213345	9.3	0.82344560	0.85
				8.82134565	9.3	0.79325735	0.85
8.84024595	9.3	0.79234325	0.85
				8.91324565	9.3	0.79324535	0.85
9.02325525	9.3	0.79324535	0.85
				9.04454365	9.3	0.78210374	0.85
8.91243245	9.3	0.79012365	0.85
				8.88332431	9.3	0.80113971	0.85
8.87321441	9.3	0.78236539	0.85
				8.89213452	9.3	0.79423554	0.85
8.91344535	9.3	0.80314556	0.85

采集的当前状态下的电动机三相电流的启动时间和合闸时间为：

启动时间(s)	合闸时间(s)
		9.92510735	0.90145669

最后，基于所采集的数据可判断该电动机的电源接触器工况为接触器三相动、静触头间合闸不同期或接触电阻过大，需要进行检修。

由此可知，本发明能够实现在电动机不停机的情况下对电动机电源接触器的工况进行检测，进而判断其是否存在故障需要进行检修；相较于传统拆机检查电源接触器是否存在故障的方法而言，本发明能够有效节省不必要的人力物力支出，同时也能更加高效的完成电动机电源接触器故障检测。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种在线监视电动机电源接触器的方法，其特征在于，包括：

采集电动机接触器输出端的三相电流，基于所述三相电流计算有效值；

记录各相电流的启动时间和合闸时间并确定三相电流启动时间差值阈值和合闸时间阈值；

将所述记录的启动时间、合闸时间与三所述启动时间阈值、合闸时间阈值进行比较；并基于比较结果判断电动机电源接触器状态；

所述三相电流启动时间，包括：

将各相电流从电流有效值下降至电动机额定电流的时间定义为三相电流各相的启动时间。

所述三相电流合闸时间，包括：

将各相电流从电流有效值达到电流最大值的时间定义为三相电流各相的合闸时间；

所述确定三相电流启动时间差值阈值，包括：

多次测量正常状态下电动机三相电流启动时间，对于每一次测量结果计算三相电流启动时间差值的最大值，将获取的数据乘以相应的可靠系数，作为启动时间差值阈值；

所述三相电流合闸时间阈值，包括：

多次测量正常状态下电动机三相电流合闸时间，对于每一次测量结果计算三相合闸时间差值的最大值，将获取的数据乘以相应的可靠系数，作为合闸时间阈值；

所述判断电动机电源接触器状态，包括：

将采集的三相电流启动时间与所述三相电流启动时间阈值进行比较，当采集的三相电流启动时间在三相电流启动时间阈值范围内时，则判定电动机电源接触器暂无故障；当采集的三相电流启动时间超过三相电流启动时间阈值时，则判定此时电动机电源接触器动、静触头间接触电阻大，需进行维修；

所述判断电动机电源接触器状态，还包括：

将采集的三相电流合闸时间与所述三相电流合闸时间阈值进行比较，当采集的三相电流合闸时间在三相电流合闸时间阈值范围内时，则判定电动机电源接触器暂无故障；当采集的三相电流合闸时间超过三相电流合闸时间阈值时，则判定此时电动机电源接触器合闸不同期，需进行维修。

2.如权利要求1所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法，其特征在于：所述采集电动机接触器输出端的三相电流，包括：

将电动机接触器的副接点接入数据采样装置，当接触器合闸时，副接点闭合，高速唤醒电流采样装置进行高频同步采集；当接触器分闸时，副接点断开，沉睡电流采集装置。

3.如权利要求2所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法，其特征在于：所述高频同步采集，包括：

设置高频采样频率为12800Hz，利用数据采集装置高频同步采集电动机接触器输出端的三相电流。

4.如权利要求3所述的一种在线监视电动机电源接触器的方法，其特征在于：所述计算有效值，包括：

采集时域离散的电流信号序列{i(t)},t＝1,2,3,...,N，对i(t)作希尔伯特变换得到：

其中，π为圆周率，t为时间，τ为积分变量，i(t)为电流的时域函数，H(i(t))为i(t)的希尔伯特变换；

定义i(t)的有效值I(t)：

其中，i(t)为电流的时域函数，H(i(t))为i(t)的希尔伯特变换，I(t)是电流i(t)有效值随时间变化的函数。