一种基于均方根解调的电机转速测算方法技术

本发明专利技术提供了一种基于均方根解调的电机转速测算方法，通过对三相电流进行均方根解调，滤除工频谐波及高频信号，滤除工频谐波及高频信号，分别在三相电流解调频谱上获取转速峰和极通过频率峰，折算出电机转速值，并计算电机转速值的平均值作为最终的电机转速测算结果。该方法用于确定感应电机转速的方法，进一步期望这个方法能减少计算的复杂程度，提高实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于均方根解调的电机转速测算方法
本专利技术涉及一种电动机的转速测算方法，特别的涉及一种基于均方根解调分析的交流感应电机的转子转速的测算方法。
技术介绍
交流感应电机广泛的应用于工业和国防军事领域，其安全运行至关重要。针对感应电机可能出现的各种严重故障，采取了各种成熟的电动机继电保护措施，但都只是在事故发生后或者故障发展严重时动作。在1987年，TavnerP.J.与PenmanJ.首先提出了电机状态监测的概念。在后来的发展过程中，电机状态监测与故障诊断构成了一个有机的整体，两者密不可分。电机状态监测与故障诊断是通过在线监测异步电机相关参数(如电压、电流、磁通、转速、温度、噪声、振动等)，并采取适当的手段对电机当前的状态进行评估，进一步的可以确定电机的故障类型和严重程度，并给予推荐行动。在交流感应电机的状态监测和诊断过程中，转子或电机转速时非常重要和有用的参数之一。目前，感应电机转速可以通过有速度传感器技术和无速度传感器技术获取，前者通过在转子上同轴安装速度传感器，获取转速精度高，但是也限制了其在很多场合的使用，因此无速度传感器技术越来越受到重视。无速度传感器技术是指在不增加传感器的情况下，通过当前易于获取的参数对电机转速进行估算的技术。当前存在多种电机转速估算技术，其中定子电流谐波分析方法，仅需要采集定子电流信号，从中获取与转速相关的频率成分，降低了转速估计对电机参数和电机状态的依赖性。然而目前的定子电流谐波分析方法均是基于转子槽谐波分析，然而电机的转子槽数往往难以获取，并且计算复杂、实时性差。
技术实现思路
因此，期望设计一种完全不依赖电机铭牌参数以外的参数，用于确定感应电机转速的方法，进一步期望这个方法能减少计算的复杂程度，提高实时性，因此能为电机状态监测与诊断提供准确而可靠的参数。本专利技术提供一种基于均方根解调的电机转速测算方法，主要包含以下步骤：步骤一：以一定的采样频率Fs采集电机定子三相电流信号；步骤二：对所采集到的三相电流信号做快速傅里叶变换，在频谱上获取工频Fl；步骤三：对所采集到的三相电流信号分别进行均方根解调，获得均方根解调频谱；步骤四：根据额定转速n，估算转速峰查找范围以及极通过频率峰查找范围，在该范围内，利用工频Fl分别在三相电流的每一相的均方根解调频谱上抓取转速峰和极通过频率峰；步骤五：根据上一步所获取的一个正弦波内三相电流的共3个转速峰和3个极通过频率峰，折算出6个电机转速值；步骤六：对所述6个电机转速值rs1、rs2、rs3、rs4、rs5、rs6进行一致性检查，去除相对偏差较大的转速值；步骤七：若去除相对偏差较大的转速值后剩余的转速值个数≥3，则计算其平均值作为最终的电机转速测算结果；若剩余转速值个数＜3，间隔一段时间后从步骤一重新开始计算。其中在步骤三中包括如下步骤：第一步，针对每一相电流信号，计算工频周期时间窗口宽度N，确定合适的滑动点h用于在全部数据长度上进行滑窗计算，获得每一相电流的均方根曲线其中i(m)为该相在m处的电流信号，H为总的窗口数，k＝1,2,3,...,H，第二步，针对每一相电流信号，计算H个窗口的总的电流均方根值的平均值获得每一相电流的均方根值变化曲线Irms-average(k)＝Irms(k)-Iaverage；第三步，对每一相电流的均方根值变化曲线Irms-average(k)做快速傅里叶变换，获取均方根解调频谱。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术中基于均方根解调获取感应电机转速的流程图；图2为本专利技术中折算转速值一致性判断流程图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图详细描述本专利技术提供的实施例。参照附图1，本专利技术的基于均方根解调的电机转速测算方法主要包含以下步骤：步骤一：以一定的采样频率Fs采集电机定子三相电流信号，采样时间1-2分钟。步骤二：对所采集到的三相电流信号做快速傅里叶变换，在频谱上获取工频Fl。步骤三：对所采集到的三相电流信号分别进行均方根解调，获得解调频谱。计算工频周期时间窗口宽度N＝ceil(Fs/Fl)(ceil(Fs/Fl)函数是取大于Fs/Fl的最小整数)，确定合适的滑动点h用于在全部数据长度上进行滑窗计算，Fs/Fl取整数，在进行滑窗计算的时候可以避免滑窗误差。以某一相电流信号为例，在全部数据长度上进行窗口宽度为N，滑动点数为h的滑窗计算，获得该相电流的均方根曲线其中i(m)为该相在m处的电流信号，H为总的窗口数，k＝1,2,3,...,H。计算H个窗口的总的电流均方根值的平均值Irms(k)去除直流成分Iaverage，获得电流均方根值变化曲线Irms-average(k)＝Irms(k)-Iaverage。对每一相电流均方根值变化曲线Irms-average做快速傅里叶变换，获取每一相的均方根解调频谱。步骤四：根据额定转速n(r/min)，估算转速RS峰查找范围[0.95*n/60,fsynch)以及极通过频率PPF峰查找范围[P*Δf,P*(fsynch-0.95*n/60)],其中fsynch为同步转速，单位Hz，Δf为频谱分辨率，单位Hz，P为电机极数，在该范围内分别在三相电流的每一相的均方根解调频谱上抓取转速RS峰和极通过频率PPF峰，其中转速峰是指频谱上位于转速RS的峰，极通过频率PPF＝s*P，s为转速滑差，P为电机极数，极通过频率PPF峰是指频谱上位于极通过频率的峰。步骤五：根据上一步所获取的一个正弦波内三相电流的共3个RS峰和3个PPF峰，折算出6个电机转速值。电机转速折算公式：rs＝RS×60(r/min)rs＝(1-PPF/(2Fl))fsynch×60(r/min)fsynch＝2Fl/P其中：rs为电机转速，单位r/min；RS为转速，单位Hz；PPF为极通过频率，单位Hz；Fl为工频，单位Hz；fsynch为同步转速，单位Hz；P为电机极数。步骤六：对利用3个RS峰和3个PPF峰获得的6个电机转速值rs1、rs2、rs3、rs4、rs5、rs6，进行一致性检查，其具体实现过程如图2所示,n为电机转速值的个数，初始值为6。①计算平均值②计算相对偏差去除相对偏差εi＞0.1％的转速值，更新n的值；然后，重复以上步骤①-②，直到所有的相对偏差εi≤0.1％。步骤七，若剩余转速值个数≥3，计算其平均值作为最终的电机转速测算结果；若剩余转速值个数＜3，间隔一段时间后从步骤一重新开始计算。本专利技术的基于均方根解调的电机转速测算方法，利用均方根解调算法对电机定子电流信号进行解调，滤除了工频信号及其谐波和高频信号，突出有用信号；同时采集三相定子电流信号，在其均方根解调频谱上分别获取转速峰和极通过频率峰，折算出转速值，并进行一致性判断，提高转速测算精度；相对于定子电流谐波分析方法，只需要铭牌数据，无需转子槽数信息，同时减少计算的复杂程度，提高实时性。以上实施例是本专利技术较优选具体实施方式的一种，本领域技术人员在本技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于均方根解调的电机转速测算方法，包括以下步骤：步骤一：以一定的采样频率Fs采集电机定子三相电流信号；步骤二：对所采集到的三相电流信号做快速傅里叶变换，在频谱上获取工频Fl；步骤三：对所采集到的三相电流信号分别进行均方根解调，获得均方根解调频谱；步骤四：根据额定转速n，估算转速峰查找范围以及极通过频率峰查找范围，在该范围内，利用工频Fl分别在三相电流的每一相的均方根解调频谱上抓取转速峰和极通过频率峰；步骤五：根据上一步所获取的一个正弦波内三相电流的共3个转速峰和3个极通过频率峰，折算出6个电机转速值；步骤六：对所述6个电机转速值进行一致性检查，去除相对偏差较大的转速值；步骤七：若去除相对偏差较大的转速值后剩余的转速值个数≥3，则计算其平均值作为最终的电机转速测算结果；若剩余转速值个数<3，间隔一段时间后从步骤一重新开始计算。

【技术特征摘要】
1.一种基于均方根解调的电机转速测算方法，包括以下步骤：步骤一：以一定的采样频率Fs采集电机定子三相电流信号；步骤二：对所采集到的三相电流信号做快速傅里叶变换，在频谱上获取工频Fl；步骤三：对所采集到的三相电流信号分别进行均方根解调，获得均方根解调频谱；步骤四：根据额定转速n，估算转速峰查找范围以及极通过频率峰查找范围，在该范围内，利用工频Fl分别在三相电流的每一相的均方根解调频谱上抓取转速峰和极通过频率峰；步骤五：根据上一步所获取的一个正弦波内三相电流的共3个转速峰和3个极通过频率峰，折算出6个电机转速值；步骤六：对所述6个电机转速值进行一致性检查，去除相对偏差较大的转速值；步骤七：若去除相对偏差较大的转速值后剩余的转速值个数≥3，则计算其平均值作为最终的电机转速测算结果；若剩余转速值个数＜3，间隔一段时间后从步骤一重新开始计算；其中在步骤三中包括如下步骤：第一步，针对每一相电流信号，计算工...

【专利技术属性】
技术研发人员：张民恕，黄沛明，方在华，
申请(专利权)人：刘岩，
类型：发明
国别省市：北京;11