[发明专利]一种基于三相瞬时功率的电主轴故障监测诊断方法

权利要求书

1.一种基于三相瞬时功率的电主轴故障监测诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集健康电主轴在空载运行状态下的三相电压、三相电流信号，并计算得到健康电主轴的三相瞬时功率信号，设定该状态下的三相瞬时功率信号作为标准，建立健康状态下的电主轴运行数据库；其中，三相瞬时功率信号为三个单相瞬时功率之和，且采集的各相电压、各相的电流幅值、频率相等，相位相差120°；由于三相对称特性，单相瞬时功率信号中的2倍转频分量抵消，信号中只有表示有功功率的直流分量，表达方式如下：

式中：P₃——电主轴的三相瞬时功率/W；P_A——电主轴A相的瞬时功率/W；P_B——电主轴B相的瞬时功率/W；P_C——电主轴C相的瞬时功率/W；U_m——电主轴三相电压的有效值/V；I_m——电主轴三相电流的有效值/V；——电主轴三相电流的初始相位/rad；

2)启动机床，稳定运行后采集待测电主轴在空载状态下的三相电压、三相电流信号，并通过计算得到待测电主轴的三相瞬时功率信号；

3)通过组合滤波器对待测电主轴的三相瞬时功率信号进行滤波处理，消除2倍电源频率调制信号及转频倍频的干扰；组合滤波器为椭圆低通滤波器和多个陷波器，通过椭圆低通滤波器滤除待测电主轴三相瞬时功率信号的高频噪声，通过多个陷波器串联滤除待测电主轴三相瞬时功率信号的2倍电源频率调制分量和转频的2倍频及其谐波分量；

4)对滤波处理后的待测电主轴的三相瞬时功率信号进行时域分析，如果滤波处理后的三相瞬时功率信号的RMS值小于其设定波动阈值，则将滤波处理后的三相瞬时功率信号的均值与有功功率阈值相比，如果其均值小于有功功率阈值，则判定待测电主轴处于健康状态，反之，判定待测电主轴的轴承磨损；如果滤波处理后的三相瞬时功率信号的RMS值大于其设定波动阈值，则对滤波处理后的三相瞬时功率信号进行频谱分析，如果有故障特征频率2ksf₁产生，则判定待测电主轴的转子断条，反之，判定待测电主轴处于健康状态，其中，s——电主轴的转差率；k——三相电流的阶次；f₁——电主轴的转频/Hz。

2.根据权利要求1所述的基于三相瞬时功率的电主轴故障监测诊断方法，其特征在于，步骤1)和步骤2)中，三个微型电压互感器的一端分别连接在调理电路板上，其另一端连接在配电柜的接线盒上，三个电流钳安装在配电柜中变频器的输出电线上；首先通过微型电压互感器和电流钳分别提取电主轴三相电压、三相电流，其次通过信号调理模块的放大滤波预处理，然后以包含6路24位输入数据通道的数据采集卡采集信号，并通过以太网口在线实时将数据上传至上位机进行分析处理。