【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于变频电机状态监测领域，尤其是涉及一种变频电机轴承状态监测系统与方法。
技术介绍
1、变频电机是现代工业化工程中至关重要的驱动设备，广泛应用于轨道交通、电动汽车、船舶推进、风力发电等重要领域，在线监测变频电机是提高系统安全可靠性并降低运维成本的重要措施。轴承是变频电机系统中不可缺少的核心部件，也是故障率最高的部件之一。这是由于电机轴承的内外滚道保持相对的旋转，并且会持续地承受机械的应力、磨损等作用，这些作用日积月累将导致轴承寿命缩短。实际系统中，部分轴承也会因为装配、制造缺陷、过载运行或润滑不足等原因发生故障。
2、变频电机轴承的运行状态可以通过系统各类信号反映，现有的轴承状态监测方法通常是通过将轴承的上述运行信息与故障特征的信息进行比对，实现对轴承状态的有效监测。根据状态变量信号的不同，轴承状态监测技术可大致分为振动法、电流法以及声发射法。其中，振动法通过分析轴承的振动信号监测轴承运行状态，一般将振动传感器安装在电机壳体上的轴向或者径向位置，以便采集振动信号。振动法能诊断出较为严重的轴承机械故障，但对于轴承油脂劣化或早期机械故障难以灵敏识别。电流法通过分析电机电流信号监测轴承运行状态，当轴承的健康状况发生改变时，电机的气隙也随之变化，会在电机定子绕组中感应出相应的谐波电流。通过对定子电流的分析，可以提取出不健康状态下对应的谐波分量，实现非侵入式轴承状态监测。然而实际系统中，电机谐波电流受基波和运行工况影响较大，容易出现误诊断。声发射法通过声音信号反映轴承的健康状态，当轴承材料遭受到形变或者是外界异常作用
3、综上，需要设计一种变频电机轴承状态监测方案，可以灵敏、准确识别变频电机轴承状态的微弱变化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种变频电机轴承状态监测系统与方法，以准确、灵敏检测出变频电机轴承状态的微弱变化，实现早期故障预警与状态运维。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种变频电机轴承状态监测系统，包括高频振荡电流传感器和状态监测电路；
4、其中，所述高频振荡电流传感器非接触地安装在待测变频电机侧，用于提取待测变频电机的高频开关振荡电流信号isw；
5、所述状态监测电路包括依次连接的模态滤波模块、故障特征提取模块和轴承状态评估模块，所述模态滤波模块用于从所述高频开关振荡电流信号isw中提取一个或多个主导模态电流imode(n)；所述故障特征提取模块用于从主导模态电流imode(n)中提取油脂状态特征k1(n)和机械故障状态特征k2(n)，所述油脂状态特征k1(n)与待测变频电机的主导模态电流imode(n)平均幅值标幺值负相关，所述机械故障状态特征k2(n)与待测变频电机的主导模态有效振荡数量正相关；所述轴承状态评估模块用于根据所述油脂状态特征k1(n)和所述机械故障状态特征k2(n)综合评估待测变频电机轴承状态。
6、进一步地，所述高频振荡电流传感器的安装位置包括三相套穿、相线套穿或地线套穿。
7、进一步地，所述高频振荡电流传感器的下限带宽大于待测变频电机运行时开关频率。
8、进一步地，所述模态滤波模块通过模拟带通滤波器、数字带通滤波器、fft快速傅里叶变换或时频分析算法从所述高频开关振荡电流信号isw中提取获得一个或多个主导模态电流imode(n)。
9、进一步地，所述模态滤波模块的中心频率为所述高频开关振荡电流信号isw中主导模态的频率。
10、进一步地，所述油脂状态特征k1(n)的计算方式如下：
11、k1(n)＝imode_ave0/imode_ave
12、其中，imode_ave0为健康电机的主导模态电流平均幅值，imode_ave为待测变频电机的主导模态电流平均幅值。
13、进一步地，主导模态有效振荡数量为一个数据片段内，幅值超过设定阈值的主导模态电流的数量。
14、进一步地，所述机械故障状态特征k2(n)的计算方式如下：
15、k2(n)＝nimode/nimode0
16、其中，nimode0为健康电机的主导模态有效振荡数量，nimode为待测变频电机主导模态有效振荡数量。
17、进一步地，所述轴承状态评估模块将待测变频电机的油脂状态特征k1(n)和机械故障状态特征k2(n)分别与基于健康电机计算的基准值进行对比，综合评估待测变频电机轴承状态。
18、本专利技术还提供一种变频电机轴承状态监测方法，包括以下步骤：
19、s1、将高频振荡电流传感器非接触地安装在待测变频电机侧，提取待测变频电机的高频开关振荡电流信号isw；
20、s2、通过模态滤波模块从所述高频开关振荡电流信号isw中提取一个或多个主导模态电流imode(n)；
21、s3、通过故障特征提取模块从主导模态电流imode(n)中提取油脂状态特征k1(n)和机械故障状态特征k2(n)；
22、s4、轴承状态评估模块根据所述油脂状态特征k1(n)和所述机械故障状态特征k2(n)综合评估待测变频电机轴承状态。
23、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
24、本专利技术提出了一种变频电机轴承状态监测系统，包括高频振荡电流传感器和状态监测电路，高频振荡电流传感器非接触地安装在待测变频电机侧，无需改变频电机主回路硬件结构，可以在传感器与变频电机系统主电路无直接电气连接的情况下提取待测变频电机的高频开关振荡电流信号，提高安全性；状态监测电路包括依次连接的模态滤波模块、故障特征提取模块和轴承状态评估模块，其中，模态滤波模块用于从高频开关振荡电流信号中提取一个或多个主导模态电流；故障特征提取模块用于从主导模态电流中提取油脂状态特征和机械故障状态特征，具体地，油脂状态特征与待测变频电机的主导模态电流平均幅值标幺值负相关，机械故障状态特征与待测变频电机的主导模态有效振荡数量正相关；轴承状态评估模块用于根据油脂状态特征和机械故障状态特征综合评估待测变频电机轴承状态；上述系统通过在线监测并分析高频开关振荡电流信号的状态特征，可以灵敏反映电机轴承油脂劣化与早期机械故障状态的微弱变化，实现早期故障预警与状态运维。
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1.一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，包括高频振荡电流传感器(1)和状态监测电路(2)；
2.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述高频振荡电流传感器(1)的安装位置包括三相套穿、相线套穿或地线套穿。
3.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述高频振荡电流传感器(1)的下限带宽大于待测变频电机运行时开关频率。
4.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述模态滤波模块(201)通过模拟带通滤波器、数字带通滤波器、FFT快速傅里叶变换或时频分析算法从所述高频开关振荡电流信号isw中提取获得一个或多个主导模态电流imode(n)。
5.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述模态滤波模块(201)的中心频率为所述高频开关振荡电流信号isw中主导模态的频率。
6.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述油脂状态特征K1(n)的计算方式如下：
7.根据权利要求1所述的一种变频电机
8.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述机械故障状态特征K2(n)的计算方式如下：
9.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述轴承状态评估模块(203)将待测变频电机的油脂状态特征K1(n)和机械故障状态特征K2(n)分别与基于健康电机计算的基准值进行对比，综合评估待测变频电机轴承状态。
10.一种变频电机轴承状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，包括高频振荡电流传感器(1)和状态监测电路(2)；
2.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述高频振荡电流传感器(1)的安装位置包括三相套穿、相线套穿或地线套穿。
3.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述高频振荡电流传感器(1)的下限带宽大于待测变频电机运行时开关频率。
4.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述模态滤波模块(201)通过模拟带通滤波器、数字带通滤波器、fft快速傅里叶变换或时频分析算法从所述高频开关振荡电流信号isw中提取获得一个或多个主导模态电流imode(n)。
5.根据权利要求1所述的一种变频电机轴承状态监测系统，其特征在于，所述模态滤波模块(201)的中心频率为...
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