[发明专利]一种三相电机电流信号瞬时频率和瞬时包络提取方法

说明书

一种三相电机电流信号瞬时频率和瞬时包络提取方法，利用同步采集的三相电流信号，通过电流变换，构造电流信号对应的解析信号；通过对解析信号模与幅角的计算，得到瞬时包络与瞬时相位；通过数值微分算法，计算瞬时频率，并对于瞬时频率中的奇点，使用相位解卷绕算法处理；通过离线滤波处理，去除瞬时频率的高频分量，得到较精确的瞬时频率；本发明实现了三相电流信号的解调和瞬时转速的提取，相比于传统方法计算速度更快，有助于机电设备的实时监测，对于电机及传动部件的故障诊断、机械部件的运行状态获取具有重要意义。

技术领域

本发明属于电机电流故障诊断方法及信号分析技术领域，具体涉及一种三相电机电流信号瞬时频率和瞬时包络提取方法。

背景技术

三相电机或电主轴被广泛应用于各种工业机械的传动系统，用以给整个设备提供足够的扭矩和适当的转速。电机及其拖动设备的健康运行，对于整机的正常工作具有重大意义。电机电流分析法(Motor Current Signature Analysis,MCSA)是对电机及其传动系统零部件的一种在线监测和故障诊断方法。该方法通过电流传感器获取电机的定子电流信号，并加以分析以判断电机及齿轮箱等零部件是否处于正常工作状态。

电机及其拖动零部件的特征频率，通常是被调制在电流信号的基频周围的。因此在对电机电流信号进行分析时，对电流信号解调以获取瞬时包络与瞬时频率，是一个非常重要的课题。对此，通常的处理方法是使用希尔伯特变换或小波解调。这两种方法均是对单通道电流信号进行分析，未能利用多通道电流之间的信息互补性；此外，两种方法的计算过程中需要进行比较复杂的数学运算，更适合于离线分析；此外，希尔伯特变换适合于单分量信号的分析，对于现实工况下较为复杂的信号无法直接分析；小波解调需要预先设置滤波频带，对现实工况的变速情形并不适用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三相电机电流信号瞬时频率和瞬时包络提取方法，计算过程简单，获得的瞬时包络与瞬时频率精确度较高。

为了实现上述目的，本发明采取的技术解决方案是：

一种三相电机电流信号瞬时频率和瞬时包络提取方法，包括以下步骤：

1)通过三个电流传感器，在电机变频器输出端同步采集驱动电机的三相定子电流信号，采样频率f_s大于特征频率f_c的10倍以上；记采集得到的三相电流信号为i_U(n),i_V(n),i_W(n)，其中n＝1,2,3，…，电流信号相序为U,V,W；

2)根据三相电流信号，实时计算解析信号的实部(i_α)与虚部(i_β),对于第k点的电流数据，计算公式为：

3)根据解析信号实部与虚部，计算瞬时相位与瞬时幅值；对于第k点的电流数据，瞬时相位等于解析信号在该点对应复数的幅角，瞬时幅值等于解析信号在该点对应的模；

对于第k点的电流数据计算公式为：

4)对瞬时相位，使用数值求导公式，计算瞬时频率，对于前两点f(0)和f(1)，不能实时计算，根据前三点相位数据求出：

对于后面的点，使用数值求导公式求出；第k点的计算公式为：

其中h为时间间隔，是采样频率的倒数；

5)根据f(k-3)，f(k-2)线性外推估算f(k-1)，f(k)，线性外推计算公式为：

f(k-1)＝2f(k-2)-f(k-3)