[发明专利]基于电机的电流特征分析的转子断条检测

说明书

技术领域

本发明大体上涉及监测电机领域，并且更具体而言，涉及基于电流特征分析(current signature analysis)的电机中的转子断条(broken rotor bar)检测。

背景技术

机电系统广泛地用于多种应用领域，诸如发电系统、制造单元、工厂、电子器具、石油钻塔等。机电系统可经历多种故障，诸如驱动系失效、轴承故障、转子断条等。最重要的是检测电机中的故障来确保由此类故障引起的损失最大程度地最小化。目前使用的用于故障检测的不同技术包括但不限于振动和噪声分析、电磁场监测和轴向流测量、温度测量、红外识别和机器中电流的频谱分析。

通常，电机中的故障监测已经主要使用振动信号来执行。已经观察到，转子条中的机械故障在径向转子移动中产生振动，这又产生转子机械旋转频率下的转矩振荡。转子机械旋转频率的监测和研究可导致检测与转子条相关联的机械故障。然而，使用振动信号的状态监测具有许多缺点，诸如因外部激励运动而引起的背景噪声、对安装位置的敏感度、测量设备的侵入性质、和故障操作频率与机电机器操作频率的接近。

其它状态监测技术基于如下观察结果，即负载转矩振荡引起待调相的定子电流，由此分析定子电流特征，以检测因故障而引起的机械扰动。此类电流监测技术由于提供显著的经济节省和简单的实施方案而在电机的机械故障的检测中得到了增加的注意。然而，某些故障电流特性(诸如对于断条故障观察到的特性)通常比采样定子电流中的主要分量(诸如，电源基谐波、偏心谐波和槽谐波)更细微(subtle)。不同于振动监测(对于振动监测，已根据长时间的现场经验发展了行业标准)，定子电流监测中的现场经验是有限的，且存在显著的困难。例如，假如定子电流中的故障特征已经很细微，则故障特征的大小在不同的应用中可变化。此外，在断条故障检测的情况下，断条电流特征的频率很接近电机的基本频率。当电机的转子条有故障时，前述技术不一定能够区分正常操作特征和故障特征。

因此，需要一种用于使用电流特征分析来监测电机的转子条的状态的改进的方法和系统。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种用于检测电机中的断条故障的方法。该方法包括获取表示电机的操作状态的电信号。该方法还包括通过对来自电信号的各个数据点的瞬时值求平方且对平方值求和来从电信号消除对称分量。电信号中的不连续通过将窗函数应用于平方值来进一步消除。窗函数应用于形成电信号的数据点，以获得电信号的加权表示。此外，该方法包括使电信号的加权表示标准化来获得频谱信息。电机中的断条故障通过分析从电信号的加权表示获得的频谱信息来检测。

在另一个实施例中，提供了一种用于检测电机中的断条故障的系统。该系统包括一个或更多个传感器，传感器构造成用于从电机获取电信号。从电机获得的电信号表示机器的操作状态。此外，系统包括控制器，控制器包括处理子系统。处理子系统构造成通过对来自电信号的各个数据点的瞬时值求平方且对平方值求和来从电信号消除对称分量。处理子系统还构造成通过将窗函数应用于平方值来确定电信号的加权表示，以从电信号消除不连续。处理子系统进一步使电信号的加权表示标准化，以确定加权表示中的频谱信息。处理子系统还构造成基于频谱信息的分析来检测电机中的断条故障。

一种用于检测电机的转子条中的故障的方法，方法包括：获取表示电机的操作状态的电信号；通过对来自电信号的数据点的瞬时值求平方且对平方值求和来从电信号消除对称分量；通过将窗函数应用于平方值来获得电信号的加权表示，以消除电信号中的不连续；使加权表示标准化来获得频谱信息；并且分析频谱信息来检测转子条中的故障。

优选地，获取电信号包括获取电机的各相的电信号。

优选地，电信号包括电流信号或电压信号，或电流和电压信号的组合。

优选地，标准化包括利用快速傅里叶变换、时间频率分析和多模式分辨率分析中的至少一者。

优选地，消除电机的电信号中的不连续包括通过使各个数据点与窗函数相乘来计算电信号的各个数据点的加权结果。

优选地，该方法还包括基于与电机中的转子条的故障有关的频率和与电机的正常操作有关的频率在电信号中的接近来选择窗函数。

优选地，窗函数包括矩形窗、汉宁窗、汉明窗和博曼窗中的至少一者。

优选地，使加权表示标准化来提取频谱信息还包括提取出现在加权结果中的非对称分量。

优选地，该方法还包括：获取表示电机的非故障操作状态的第二组电信号；并且基于第二组电信号的振幅平均值来确定电机的断条故障操作的阈值。