[发明专利]一种基于电流和相位识别的电机故障诊断系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于电流和相位识别的电机故障诊断系统及方法。系统包括隔离电压互感器VT、电压信号调理电路、隔离电流互感器CT、取样电阻R、电流信号调理电路和主控芯片；方法通过判断启动阶段电压电流之间的相位关系检测交流电机启动是否堵转。在运行阶段发生堵转时，电机转差率从某个稳定值近似阶跃变化为1。此时，电机电流急剧增加以及电压电流之间的相位快速跃迁到一个新的相位值。因此，本发明通过检测电机电流和电压电流相位与时间的关系，可以快速准确的诊断电机是否发生堵转故障，提高交流电机运行的安全性。

技术领域

本发明涉及交流电机处理故障领域，特别涉及一种基于电流和相位识别的电机故障诊断系统及方法。

背景技术

电机作为动力来源，被广泛使用在各行各业，如各种机床、电动汽车、高铁机车、工厂动力设备、给排水设备、电梯、电风扇、空调等等。由于电机应用的工况条件复杂以及保护措施不完善，经常遇到电机转子被堵转的情况，例如电机转子上传动机构被抱死或者变速齿轮因异物或故障导致堵转、电梯传动链条被卡死、传送装置的皮带卡住、水泵流体介质结冰或者泥沙堵转等等。一旦发生堵转，电机的电流急剧上升，其远大于额定工作电流，甚至能达到额定电流的十几倍。巨大的电流导致电机功耗急剧增加，电机内部的温度快速上升，电机线圈绝缘漆损坏，导致电机内部短路，进一步增大的电机的电流，严重时甚至会引起火灾。现有的堵转检测技术普遍采用通过检测电机转速、电机反电动势、电机内部温度以及电机电流等方案。采用电机转速和电机内部温度来检测堵转方案，需要在电机的内部或者转轴上增加检测元件，导致电机结构复杂，进而影响整个电机的设计和制造工艺，增加成本和复杂性。采用反电动势方案检测堵转，一方面需要准确可靠的数学模型通过反电动势计算出转速；另一方面，当转速较低时，反电动势的值较小，采样得到的数据信噪比不高，容易受到噪声的干扰，需要复杂的信号处理方法，导致软件算法复杂，成本高。采用电流检测堵转，由于获取数据无需改变结构而广泛使用。但现有方案往往只是检测电流的大小或者变化率等数据，并通过与出厂前测试获得的电机堵转电流参考值进行比较，进而判断电机是否发生堵转。该方案主要存在以下问题：其一，电机老化及工作环境的差异等原因导致堵转电流漂移；其二，仅依靠电流值或/和电流变化率参数判断，会导致的误判及失效，降低判断的可靠性、鲁棒性和抑制干扰的能力。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于电流和相位识别的电机故障诊断系统及方法。本发明通过检测电机电流和相位，能快速准确的诊断电机是否发生堵转故障，从而保证交流电机运行的安全性。

本发明的技术方案：一种基于电流和相位识别的电机故障诊断系统，包括隔离电压互感器VT、电压信号调理电路、隔离电流互感器CT、取样电阻R、电流信号调理电路和主控芯片；

所述隔离电压互感器VT与电机的U相线和V相线相连，实现对电机电压降压处理和电路的物理隔断；

所述电压信号调理电路分别与隔离电压互感器VT、主控芯片的AD1采样端口相连，实现对隔离电压互感器VT输出的信号进行抗干扰滤波、直流偏置及信号调理功能，确保输出给主控芯片AD1采样端口的信号满足要求；

所述隔离电流互感器CT串联在U相线上，将U相线上的电流变小；

所述取样电阻R与隔离电流互感器CT并联连接，过取样电阻R将电流信号转换为电压信号；

所述电流信号调理电路与隔离电流互感器CT、主控芯片的AD2采样端口相连；实现对隔离电流互感器CT输出的信号进行抗干扰滤波、直流偏置及信号调理功能，确保输出给主控芯片AD2采样端口的信号满足要求；

所述主控芯片通过与电压信号调理电路和电流信号调理电路连接的AD1采样端口和AD2采样端口分别获取电压信号和电流信号序，并对和进行信号处理，得到对应基波电压信号和基波电流信号，以及与之间的相位。