一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法技术

本发明专利技术提供了一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法，首先利用笼型异步电动机的三相定子电压、电流瞬时信号，计算出定子电压有效值、定子电流有效值以及瞬时无功功率，并滤除瞬时无功功率的直流分量；然后通过FFT频谱分析获得瞬时无功功率2sf

【技术实现步骤摘要】
一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法
本专利技术涉及电机
，尤其涉及一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法。
技术介绍
在三相笼型异步电动机运行过程中，转子导条受到径向电磁力、旋转电磁力、离心力、热弯曲挠度力等交变应力的作用，加之转子制造缺陷，可能导致断条故障，此种故障发生概率约为10％。转子断条是典型的渐进性故障，初期通常1根导条断裂，而后与断裂导条邻近的其他导条继续断裂，最终致使电机出力下降甚至停机。因此，必须实施转子断条故障检测并及时对断裂导条的数目做出诊断。笼型异步电动机发生转子断条故障之后，在其定子电流中将出现(1±2s)f1频率的附加电流分量(s为转差率，f1为供电频率)，可以将其作为转子断条故障特征。而定子电流信号易于采集，因此基于快速傅里叶变换(FFT)的定子电流信号频谱分析方法被广泛应用于转子断条故障检测。这类方法通常称为MCSA(MotorCurrentSignalAnalysis)方法。最初，MCSA对稳态定子电流信号直接进行FFT频谱分析，根据频谱图中是否存在(1±2s)f1频率分量判断转子有无断条，并根据定子电流中(1-2s)f1频率分量的有效值IL与f1频率分量的有效值IS对转子断裂导条数目做出诊断，如式(1)所示。其中，Nb、N分别为转子断裂导条数目与导条总数。但是，式(1)是以忽略转子转速波动(即假定转速恒定)为前提的，而转子断条故障必然导致转子转速波动，因此式(1)只是理想状态并不符合实际情况，据此诊断转子断裂导条数目欠缺准确性。为此，MCSA转而采用式(2)诊断转子断裂导条数目。其中，IR为定子电流中(1+2s)f1频率分量的有效值。式(2)实际上是以式(1)为基础的，但计及了转速波动，因而更加符合实际情况。显然，MCSA诊断转子断裂导条数目时，无论采用式(1)抑或式(2)，其前提是：必须通过FFT频谱分析清晰地分辨定子电流(1-2s)f1频率分量、(1+2s)f1频率分量与f1频率分量。但由于转子轻微断条时，(1±2s)f1分量的幅值相对于f1分量非常小，而异步电动机运行时转差率s很小(一般而言，s<0.05)，(1±2s)f1与f1数值接近，如果直接做FFT频谱分析，则(1±2s)f1分量可能被f1分量的泄漏所淹没。在此种情况下，(1±2s)f1频率分量的有效值IL与IR是无法获知的，则式(1)与式(2)无法应用，诊断转子断裂导条数目当然无从谈起。这是MCSA的不足之处。为克服MCSA方法中定子电流(1±2s)f1分量容易被f1分量的泄漏所淹没的缺陷，发展形成了基于瞬时无功功率信号频谱分析(MotorInstantaneousReactivePowerSignalAnalysis，MIRPSA)的笼型异步电动机转子断条故障检测方法，其核心在于：在笼型异步电动机转子正常情况下，其瞬时无功功率仅是一直流分量；一旦发生转子断条故障，在其瞬时无功功率中将出现一附加的2sf1频率的波动分量。因此，对笼型异步电动机的瞬时无功功率信号做FFT频谱分析并考察该2sf1频率的波动分量，即可实现转子断条故障的检测。大量资料表明，该方法显著优于MCSA，可以灵敏、可靠地检测转子断条故障。但是，就目前而言，MIRPSA方法尚未解决转子断裂导条数目的诊断问题。具体而言，现有的MIRPSA方法不能定量地确定转子断裂导条的数目，原因在于：尚未发现三相笼型异步电动机瞬时无功功率2sf1频率分量的幅值与转子断裂导条数目之间的数值对应关系。因此，如何诊断三相笼型异步电动机转子断裂导条数目，就成为有关技术人员目前所面临的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法，以及时发现和排除转子断条故障，确保电动机安全、稳定运行。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法，包括以下步骤：a.按设定频率采集三相笼型异步电动机三相定子a、b和c的电压瞬时信号va、vb、vc与三相定子电流瞬时信号ia、ib、ic；b.计算a相定子电压va的有效值其中va(k)代表a相定子电压的第k个采样值，k＝1,2，…，n，n为采样点数；然后计算b相定子电压vb的有效值c相定子电压vc的有效值c.计算三相定子电压有效值的算术平均值(Va+Vb+Vc)/3，并以之作为定子电压有效值VS；d.计算a相定子电流ia的有效值其中ia(k)代表a相定子电流的第k个采样值，采用类似方法计算b相定子电流ib的有效值Ib、c相定子电流ic的有效值Ic；e.计算三相定子电流有效值的算术平均值(Ia+Ib+Ic)/3，并以之作为定子电流有效值IS；f.计算瞬时无功功率q：g.滤除瞬时无功功率q中的直流分量，获得待分析信号M，M＝q-mean(q)，mean(q)表示q的平均值，亦即直流分量；h.对待分析信号M进行FFT频谱分析，获得其2sf1频率分量的幅值Aq；其中，s表示电动机的转差率；f1表示电动机的供电频率；i.根据下式诊断转子断裂导条数目Nb：其中，N为转子导条总数。较佳的，所述三相笼型异步电动机的三相定子电压瞬时信号va、vb、vc与三相定子电流瞬时信号ia、ib、ic为同步采集。较佳的，电压瞬时信号和电流信号的设定采样频率为1000Hz，采样时长为10s，即采样点数n为10000点。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的方法首先利用笼型异步电动机的三相定子电压、电流瞬时信号，计算出定子电压有效值、定子电流有效值以及瞬时无功功率，并滤除瞬时无功功率的直流分量；然后通过FFT频谱分析获得瞬时无功功率2sf1(s为转差率，f1为供电频率)频率分量的幅值；最后根据推导出的笼型异步电动机瞬时无功功率2sf1频率分量的幅值与转子断裂导条数目之间的数值对应关系诊断转子断裂导条数目，弥补了传统MIRPSA方法不能定量诊断转子断裂导条数目的缺陷，为及时发现和排除转子断条故障，确保电动机安全、稳定运行创造了有利条件。附图说明图1是本专利技术采集三相笼型异步电动机定子电压、电流信号的电原理图；图2是一台Y100L-2型三相笼型异步电动机(3kW、380V)满载时，在转子1根断条时的瞬时无功功率FFT频谱；图3是一台Y100L-2型三相笼型异步电动机(3kW、380V)满载时，在转子2根断条时的瞬时无功功率FFT频谱。图4是一台Y100L-2型三相笼型异步电动机(3kW、380V)满载时，在转子1根断条时的定子电流FFT频谱；图5是一台Y100L-2型三相笼型异步电动机(3kW、380V)满载时，在转子2根断条时的定子电流FFT频谱。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术所述问题是以下述技术方案实现的：一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法，所述方法首先利用笼型异步电动机的三相定子电压、电流瞬时信号，计算出定子电压有效值、定子电流有效值以及瞬时无功功率，并滤除瞬时无功功率的直流分量；然后通过FFT频谱分析获得瞬时无功功率2sf1(s为转差率，f1为供电频率)频率分量的幅值；最后根据推导出的笼型异步电动机瞬时无功功率2sf1频率分量的幅值与转子断裂导条数目之间的数值对应关系诊断转子断裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：a.按设定频率采集三相笼型异步电动机三相定子a、b和c的电压瞬时信号v

【技术特征摘要】
1.一种三相笼型异步电动机转子断裂导条数目的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：a.按设定频率采集三相笼型异步电动机三相定子a、b和c的电压瞬时信号va、vb、vc与三相定子电流瞬时信号ia、ib、ic；b.计算a相定子电压va的有效值其中va(k)代表a相定子电压的第k个采样值，k＝1,2，…，n，n为采样点数；然后计算b相定子电压vb的有效值c相定子电压vc的有效值c.计算三相定子电压有效值的算术平均值(Va+Vb+Vc)/3，并以之作为定子电压有效值VS；d.计算a相定子电流ia的有效值其中ia(k)代表a相定子电流的第k个采样值，采用类似方法计算b相定子电流ib的有效值Ib、c相定子电流ic的有效值Ic；e.计算三相定子电流有效值的算术平均值(Ia+Ib+Ic)/3，并以之作为定子电流有效值IS；f.计算瞬时无功功率q：

【专利技术属性】
技术研发人员：许伯强，关涛，孙丽玲，寿海明，冀路明，冀欣，王艳武，回志澎，
申请(专利权)人：华北电力大学，中国人民解放军海军装备研究院舰船论证研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11