一種基于均方根解調的電機轉速測算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電動機的轉速測算方法，特別的涉及一種基于均方根解調分析的 交流感應電機的轉子轉速的測算方法。
【背景技術】
[0002] 交流感應電機廣泛的應用于工業和國防軍事領域，其安全運行至關重要。針對感 應電機可能出現的各種嚴重故障，采取了各種成熟的電動機繼電保護措施，但都只是在事 故發生后或者故障發展嚴重時動作。在1987年，TavnerP.J.與PenmanJ.首先提出了電 機狀態監測的概念。在后來的發展過程中，電機狀態監測與故障診斷構成了一個有機的整 體，兩者密不可分。電機狀態監測與故障診斷是通過在線監測異步電機相關參數（如電壓、 電流、磁通、轉速、溫度、噪聲、振動等），并采取適當的手段對電機當前的狀態進行評估，進 一步的可以確定電機的故障類型和嚴重程度，并給予推薦行動。
[0003] 在交流感應電機的狀態監測和診斷過程中，轉子或電機轉速時非常重要和有用的 參數之一。目前，感應電機轉速可以通過有速度傳感器技術和無速度傳感器技術獲取，前者 通過在轉子上同軸安裝速度傳感器，獲取轉速精度高，但是也限制了其在很多場合的使用， 因此無速度傳感器技術越來越受到重視。
[0004] 無速度傳感器技術是指在不增加傳感器的情況下，通過當前易于獲取的參數對電 機轉速進行估算的技術。當前存在多種電機轉速估算技術，其中定子電流諧波分析方法，僅 需要采集定子電流信號，從中獲取與轉速相關的頻率成分，降低了轉速估計對電機參數和 電機狀態的依賴性。然而目前的定子電流諧波分析方法均是基于轉子槽諧波分析，然而電 機的轉子槽數往往難以獲取，并且計算復雜、實時性差。
【發明內容】
[0005] 因此，期望設計一種完全不依賴電機銘牌參數以外的參數，用于確定感應電機轉 速的方法，進一步期望這個方法能減少計算的復雜程度，提高實時性，因此能為電機狀態監 測與診斷提供準確而可靠的參數。
[0006] 本發明提供一種基于均方根解調的電機轉速測算方法，主要包含以下步驟：
[0007] 步驟一：以一定的采樣頻率匕采集電機定子三相電流信號；
[0008] 步驟二：對所采集到的三相電流信號做快速傅里葉變換，在頻譜上獲取工頻F1;
[0009] 步驟三：對所采集到的三相電流信號分別進行均方根解調，獲得均方根解調頻 譜；
[0010] 步驟四：根據額定轉速n，估算轉速峰查找范圍以及極通過頻率峰查找范圍，在該 范圍內，利用工頻F1分別在三相電流的每一相的均方根解調頻譜上抓取轉速峰和極通過頻 率峰；
[0011] 步驟五：根據上一步所獲取的一個正弦波內三相電流的共3個轉速峰和3個極通 過頻率峰，折算出6個電機轉速值；
[0012] 步驟六：對所述6個電機轉速值!^、!^、!。、!^、!^、!^進行一致性檢查^除相對 偏差較大的轉速值；
[0013] 步驟七：若去除相對偏差較大的轉速值后剩余的轉速值個數多3,則計算其平均 值作為最終的電機轉速測算結果；若剩余轉速值個數〈3,間隔一段時間后從步驟一重新開 始計算。
【附圖說明】
[0014] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
[0015] 圖1為本發明中基于均方根解調獲取感應電機轉速的流程圖；
[0016]圖2為本發明中折算轉速值一致性判斷流程圖。
【具體實施方式】
[0017] 為了更好的理解本發明的技術方案，下面結合附圖詳細描述本發明提供的實施 例。
[0018] 參照附圖1，本發明的基于均方根解調的電機轉速測算方法主要包含以下步驟：
[0019] 步驟一：以一定的采樣頻率Fs采集電機定子三相電流信號，采樣時間1-2分鐘。
[0020] 步驟二：對所采集到的三相電流信號做快速傅里葉變換，在頻譜上獲取工頻Fp
[0021] 步驟三：對所采集到的三相電流信號分別進行均方根解調，獲得解調頻譜。
[0022] 計算工頻周期時間窗口寬度N=ceil(FsA71)(ceil(FsA71)函數是取大于匕/匕的 最小整數），確定合適的滑動點h用于在全部數據長度上進行滑窗計算，FsA71取整數，在進 行滑窗計算的時候可以避免滑窗誤差。
[0023] 以某一相電流信號為例，在全部數據長度上進行窗口寬度為N，滑動點數為h的
【主權項】
1. 一種基于均方根解調的電機轉速測算方法，包括w下步驟： 步驟一；W-定的采樣頻率集電機定子=相電流信號； 步驟二；對所采集到的=相電流信號做快速傅里葉變換，在頻譜上獲取工頻Fi; 步驟對所采集到的=相電流信號分別進行均方根解調，獲得均方根解調頻譜； 步驟四；根據額定轉速n，估算轉速峰查找范圍W及極通過頻率峰查找范圍，在該范圍 內，利用工頻Fi分別在S相電流的每一相的均方根解調頻譜上抓取轉速峰和極通過頻率 峰； 步驟五；根據上一步所獲取的一個正弦波內=相電流的共3個轉速峰和3個極通過頻 率峰，折算出6個電機轉速值； 步驟六；對所述6個電機轉速值進行一致性檢查，去除相對偏差較大的轉速值； 步驟走：若去除相對偏差較大的轉速值后剩余的轉速值個數> 3,則計算其平均值作 為最終的電機轉速測算結果；若剩余轉速值個數<3,間隔一段時間后從步驟一重新開始計 算。
2. 如權利要求1所述的電機轉速測算方法，其中在步驟=中， 第一步，針對每一相電流信號，計算工頻周期時間窗口寬度，確定合適的滑動點h用于 在全部數據長度上進行滑窗計算，獲得每一相電流的均方根曲線
其 中i(m)為該相在m處的電流信號，H為總的窗口數，k = 1，2,3，...，H， 第二步，針對每一相電流信號，計算H個窗口的總的電流均方根值的平均 值
獲得每一相電流的均方根值變化曲線似= Irms 化）^ average ? 第=步，對每一相的電流均方根值變化曲線做快速傅里葉變換，獲取均方根 解調頻譜。
3. 如權利要求1所述的電機轉速測算方法，其中在步驟五中，電機轉速折算公式為： r^= RSX60 (r/min) r,= (1-PPF/^(2F 1)) fsynchX60 (r/min) fs陽化=2F i/P 其中，r,為電機轉速，單位r/min ;RS為轉速，單位化；PPF為極通過頻率，單位化； Fi為工頻，單位化；f wMh為同步轉速，單位化；P為電機極數。
4. 如權利要求1所述的電機轉速測算方法，其中在步驟六中， 第一步，計算平均值?= + z = l，2,> n為電機轉速值的個數，初始值為 6 ； 第二步，計算相對偏差/ = 1，2,…，"，去除相對偏差e i〉〇. 1%的轉 fsa 速值，更新n的值，然后，重復第一步和第二步，直到所有的相對偏差e 0. 1%。
【專利摘要】本發明提供了一種基于均方根解調的電機轉速測算方法，通過對三相電流進行均方根解調，濾除工頻諧波及高頻信號，濾除工頻諧波及高頻信號，分別在三相電流解調頻譜上獲取轉速峰和極通過頻率峰，折算出電機轉速值，并計算電機轉速值的平均值作為最終的電機轉速測算結果。該方法用于確定感應電機轉速的方法，進一步期望這個方法能減少計算的復雜程度，提高實時性。
【IPC分類】H02P21-00
【公開號】CN104601074
【申請號】CN201510087878
【發明人】張民恕, 黃沛明, 方在華
【申請人】劉巖
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月25日