一種綜合考慮電機電流和電壓的轉子故障診斷方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種能夠在線實現鼠籠異步電機轉子斷條故障診斷的方法，屬于電機 故障診斷領域。
【背景技術】
[0002] 感應電機具有結構簡單、價格低廉的優點而在工農業生產中得到了廣泛的應用。 然而，電機在長時間重復承受熱的、磁的、環境以及機械應力后，可能出現轉子導條斷裂。導 條的斷裂會使其鄰近導條的電流加大，應力增加，從而使故障程度會進一步擴大，使電機出 力降低，嚴重時還會出現轉子掃膛并對定子造成損傷。因此，在電機故障的早期，將電機轉 子故障進行檢測和量化，并據此進行維修，可避免意外停機以及惡性事故的發生，具有非常 重大的意義。
[0003] 當電機采用三相電網供電時，電機的轉子斷條會在電機的定子電流中引入頻率為 (1±2 8)心(8為電機滑差，為電機的基波頻率）的左右邊頻分量。因此，可通過判斷電機 電流中的左右邊頻分量幅值來判斷和量化電機的轉子斷條故障。
[0004] 而隨著電力電子技術的發展，逆變器以及電機的變頻調速得到了廣泛的應用。此 時，由于控制器的影響，傳統的電機電流信號分析方法的效果降低甚至完全失效。
[0005] 針對這種情況，已經提出了一系列的方法。如維也納觀測方法，虛擬電流技術方法 以及電壓分析技術等。但是這些方法往往沒有提出量化指標，或只能用于某些特定的控制 場合，或會受到電機控制器參數的影響。
【發明內容】
[0006] 針對現有方法存在的上述技術問題，本發明提供了一種綜合考慮電機電流和電壓 的轉子故障診斷方法。該方法提出了一個量化指標，該故障指標對電機的運行狀態，如電機 轉矩和轉速，以及控制器參數和控制方式都不敏感，具有簡單、有效、魯棒性高的特點，非常 適合用于閉環控制場合的感應電機轉子故障診斷。
[0007] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種綜合考慮電機電流和電壓的轉子 故障診斷方法，包括如下步驟：
[0008] (1)采集電機的三相定子電流和三相定子電壓；
[0009] (2)根據電機的三相定子電流和三相定子電壓，計算電流基波分量的幅值I和初 相位、電壓基波分量的幅值U和初相位％、、左邊頻電流分量的幅值I 1和初相位％、左邊 頻電壓分量的幅值UjP初相位心5
[0010] (3)根據上述結果計算故障嚴重程度指標*= ，并根據該診斷指 標，計算電機轉子斷條根數《 = W，式中，N為電機的轉子導條數；η < 0. 25,表示轉 子沒有故障；η>0. 25,表示轉子處于故障狀態，且η值越大，故障越嚴重。
[0011] 進一步地，所述的步驟（2)中的電流基波分量的幅值I和初相位約、電壓基波分量 的幅值U和初相位 ％、、左邊頻電流分量的幅值I1和初相位％、左邊頻電壓分量的幅值U1 和初相位~、通過以下步驟得到：
[0012] (1)將采集到的電機的三相定子電流和三相定子電壓通過坐標變換，變換到同步 坐標系上，得到電流的d軸分量和q軸分量以及電壓的d軸分量和q軸分量；
[0013] (2)將上述電流的d軸分量經過低通濾波和降采樣處理，得到處理后的電流d軸分 量i d;將上述電流的q軸分量經過低通濾波和降采樣處理，得到處理后的電流q軸分量i 將上述電壓的d軸分量經過低通濾波和降采樣處理，得到處理后的電壓d軸分量U d;將上述 電壓的q軸分量經過低通濾波和降采樣處理，得到處理后的電壓q軸分量Uq;
[0014] (3)對id、iq、ud、U q經過低通濾波處理，分別得到i d、iq、ud、Uq的直流分量 ζ、I、&、S。根據ξ、f、4、丐，得到電流基波分量的幅值I和初相位0、電壓基 波分量的幅值U和初相位％和電流基波分量初相位A。其計算公式如下：
【主權項】
1. 一種綜合考慮電機電流和電壓的轉子故障診斷方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 采集電機的三相定子電流和三相定子電壓； (2) 根據電機的三相定子電流和三相定子電壓，計算電流基波分量的幅值I和初相位 只、電壓基波分量的幅值U和初相位％、、左邊頻電流分量的幅值h和初相位％、左邊頻電 壓分量的幅值A和初相位心； (3) 根據上述結果計算故障嚴重程度指標
，并根據該診斷指標，計 算電機轉子斷條根數
，式中，N為電機的轉子導條數；n< 0. 25,表不轉子沒 有故障；n>0. 25,表示轉子處于故障狀態，且n值越大，故障越嚴重。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟（2)中的電流基波分量的幅 值I和初相位@、電壓基波分量的幅值U和初相位％、、左邊頻電流分量的幅值I#P初相位 ?%、左邊頻電壓分量的幅值仏和初相位&、通過以下步驟得到： (1) 將采集到的電機的三相定子電流和三相定子電壓通過坐標變換，變換到同步坐標 系上，得到電流的d軸分量和q軸分量以及電壓的d軸分量和q軸分量； (2) 將上述電流的d軸分量經過低通濾波和降采樣處理，得到處理后的電流d軸分量 id;將上述電流的q軸分量經過低通濾波和降采樣處理，得到處理后的電流q軸分量iq;將 上述電壓的d軸分量經過低通濾波和降采樣處理，得到處理后的電壓d軸分量ud;將上述電 壓的q軸分量經過低通濾波和降采樣處理，得到處理后的電壓q軸分量uq; ⑶對id、iq、ud、Uq經過低通濾波處理，分別得到id、i^、ud、Uq的直流分量 l、（、&、<。根據llK、％，得到電流基波分量的幅值I和初相位A、電壓基 波分量的幅值U和初相位A和電流基波分量初相位％。其計算公式如下：
(4) 進一步分別計算的交流分量Aid、Aiq、Aud、A、，計算方式如下：
(5) 將Aid、Aiq、Aud、Auq變換到旋轉頻率為（l_2s)fi的左邊頻坐標系上，其中，s 為電機滑差，為電機的基波頻率；變換后的信號分別為左邊頻電流d軸分量idl、左邊頻電 流q軸分量U、左邊頻電壓d軸分量udl、左邊頻電壓q軸分量U#。 (6) 對idl、iql、udl、uql經過低通濾波處理，得到他們的直流分量，分別記為 u0。根據4/、b得到左邊頻電流分量的幅值L和初相位外、左邊 頻電壓分量的幅值Ui和初相位心。其計算公式如下：
【專利摘要】本發明綜合考慮電機的電流和電壓信息，并據此計算出一個評估轉子故障嚴重程度的故障指標，該指標可以實現電機轉子斷條故障的診斷和量化；該方法綜合考慮了電壓和電流信號，排除了電機的控制策略和控制參數對診斷結果的影響，因為他們的影響最終會反應到電機的電壓，而電壓已經考慮在本發明之內；負載和轉矩變化對故障診斷指標的影響較小；同時，該方法并不會增加系統的硬件開支，其故障診斷程序可嵌入到逆變器的控制器當中，并能夠實現在線轉子故障診斷，具有較大的實際意義。
【IPC分類】G01R31-02, G01R31-34
【公開號】CN104777396
【申請號】CN201510107397
【發明人】黃進, 侯招文, 劉赫, 趙力航, 王彤, 陳嘉豪
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月12日