[发明专利]一种基于融合相关谱的电机转子断条故障检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于融合相关谱的电机转子断条故障检测方法及系统，其通过实时采集待识别诊断电机在预设时间间隔内的第一定子电流信号和第一振动信号，分别对其进行希尔伯特变换以得到定子电流模量信号和振动模量信号，滤除定子电流模量信号和振动模量信号中的直流分量，以得到第二定子电流信号和第二振动信号，对第二定子电流信号和第二振动信号进行融合相关谱分析，获得融合相关谱图；利用得到的融合相关谱图判断电机是否存在断条故障，若融合相关谱图存在2sf₀及其倍频的故障分量谱峰，则判断电机转子当前存在断条故障，其中，s为电机转差率，f₀为基波频率。

技术领域

本发明属于电机故障识别技术领域，更具体地，涉及一种基于融合相关谱的电机转子断条故障检测方法及系统。

背景技术

异步电机是一种交流电机，也称感应电机，主要作电动机使用。当异步电机定子绕组通入三相对称交流电源后，定子绕组中将流过三相对称电流，气隙中将建立基波旋转磁动势，从而产生基波旋转磁场。转子绕组导体切割旋转磁场产生感应电势，并在转子绕组中产生相应的电流。转子电流与气隙中的旋转磁场相互作用产生电磁转矩，从而驱动转子旋转。由电磁转矩产生原理可知，当异步电机作电动运行时，其转速一定低于磁场的同步转速。

异步电机具有结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用，具有较高工作效率和较好工作特性等显著优点，被广泛应用于冶金、煤炭、矿山、机械和油田等各个工业生产领域，其中，笼型异步电机的数量占整个异步电机总量的85％左右。电机在负载过重或频繁启动、制动时，转子导条由于承受机械应力、电磁应力、离心力、热应力等交变应力的作用过大，加之转子自身存在一些固有缺陷，都有可能导致电机出现断条和端环开裂等故障。研究表明，转子断条故障占电机故障的10％左右，轻则使气隙磁场产生畸变，恶化电机各项性能指标，重则导致电机定转子相摩擦，电机烧毁，造成巨大的经济损失。因此对电机初期的故障诊断显得尤为重要。

在现有的电机断条故障检测方法中，电流信号频谱分析由于获取方便且含有丰富的故障信息而被广泛应用。但在传统的电流频谱分析中，故障识别信号单一，基于检测电流频谱中故障频率分量(1-2s)f₀是否存在很难区分断条故障和电机负载波动这两种工况，极易造成误判。且在电机断条故障的初期，在电流频谱图中反映断条故障的频率分量幅值相比基波频率的幅值非常小，基频泄露的影响使得电机故障的识别难度加大。发明专利201510148103.7提出了一种基于振动信号检测笼型感应电动机转子断条故障的方法，其特点在于，在电机稳定运行下通过检测振动信号频谱图在(1-3s)f₀和(1+s)f₀频率处是否存在较大的振动峰值，从而实现对笼型感应电动机转子断条故障的检测。由于断条故障引起的气隙附加磁场与定子磁场相互作用产生的径向电磁力波频率成分复杂，所以对于(1-3s)f₀、(1+s)f₀故障频率的精确识别有较大难度。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于融合相关谱的电机转子断条故障检测方法及系统，其目的在于解决断条故障初期故障频率分量相比信号的基波分量非常小而难以被识别检测的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于融合相关谱的电机转子断条故障检测方法，包括如下步骤：

实时采集待识别诊断电机在预设时间间隔内的第一定子电流信号和第一振动信号，分别对其进行希尔伯特变换以得到定子电流模量信号和振动模量信号，滤除定子电流模量信号和振动模量信号中的直流分量，以得到第二定子电流信号和第二振动信号；

对第二定子电流信号和第二振动信号进行融合相关谱分析，获得融合相关谱图；

利用得到的融合相关谱图判断电机是否存在断条故障，具体为：若融合相关谱图存在2sf₀及其倍频的故障分量谱峰，则判断电机转子当前存在断条故障，其中，s为电机转差率，f₀为基波频率。