用于檢測電動馬達的結(jié)構(gòu)故障的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于檢測電動馬達(1)的結(jié)構(gòu)故障的方法，包括以下步驟：(i)獲取代表電動馬達(1)旋轉(zhuǎn)的物理參數(shù)的測量信號(S)，(ii)獲得測量信號的高頻分量，產(chǎn)生校正信號(S_cor)，(iii)將一組帶通濾波器(F

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
用于檢測電動馬達的結(jié)構(gòu)故障的方法


[0001]本公開涉及電動馬達的控制的領(lǐng)域，更具體地，涉及用于檢測馬達運行中的異常的方法。

技術(shù)介紹

[0002]電動馬達經(jīng)常用于工業(yè)中，具有廣泛的應(yīng)用。取決于目標應(yīng)用，功率范圍可以從幾千瓦延伸到約一兆瓦。例如，各種功率范圍的泵，或板條箱，或最大功率馬達的軋機。因此這些馬達(尤其是感應(yīng)馬達)被集成到復雜的機械組件中。為了最大化生產(chǎn)時間和最小化停機時間，希望在使用期間監(jiān)控這些機械組件的運行，以便檢測運行異常并在故障發(fā)生之前進行補救。
[0003]眾所周知的檢測方法使用電動馬達的控制信號來檢測不同類型的運行異常。這種被稱為“馬達電流特征分析”的方法是基于對馬達電流的分析。例如，馬達電流的頻率分析通常用于工業(yè)應(yīng)用中對馬達的在線監(jiān)控。該方法能夠在設(shè)備運行時檢測不同類型的機械和電氣故障。
[0004]例如，可以檢測馬達軸相對于待驅(qū)動負載的未對準，以及旋轉(zhuǎn)組件的不平衡，或者甚至損壞的軸承。
[0005]這種方法給出了有趣的結(jié)果，特別是當設(shè)備在穩(wěn)態(tài)條件下使用時。在旋轉(zhuǎn)速度和/或傳遞的扭矩發(fā)生變化的瞬態(tài)階段，因為由待檢測的故障引起的信號變化變得難以與由于運行條件變化引起的變化相區(qū)分，檢測變得不太有效。
[0006]因此，需要提出一種改進魯棒性的方法，以便在更寬范圍的運行條件下，特別是在瞬態(tài)條件下，能夠以更高的精度檢測機械或電氣故障。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0007]為此，提出了一種用于檢測電動馬達的結(jié)構(gòu)故障的方法，包括以下步驟：
[0008](i)在預定持續(xù)時間的采集窗口期間，以預定義采樣頻率獲取代表電動馬達旋轉(zhuǎn)的物理參數(shù)的測量信號，
[0009](ii)獲得測量信號的高頻分量，產(chǎn)生校正信號，
[0010](iii)將一組帶通濾波器應(yīng)用于校正信號，每個帶通濾波器具有中心頻率和帶寬，帶通濾波器的中心頻率按升序排列，帶寬相互分離，每個帶通濾波器具有對應(yīng)于中心頻率在中心頻率的排序列表中的等級的索引，產(chǎn)生一組濾波校正信號，
[0011](iv)確定電動馬達的定子頻率和轉(zhuǎn)子頻率，
[0012](v)計算包括多個分量的頻率特征向量，頻率特征向量的每個分量是定子頻率和轉(zhuǎn)子頻率的預定義線性組合，方程如下：
[0013]FSV
k
＝a
k
*Fs+b
k
*Fr，
[0014]系數(shù)a
k
、b
k
是預定義整數(shù)，
[0015](vi)根據(jù)計算的頻率特征向量和該組濾波校正信號計算時間癥狀向量，該時間癥
狀向量包括多個分量，該計算包括子步驟：
[0016](vi
?
1)對于采集窗口的每個時間樣本(t
i
)和頻率特征向量的每個分量，選擇最接近時間樣本(t
i
)的值的中心頻率的帶通濾波器，
[0017](vi
?
2)將選擇的帶通濾波器的輸出值影響到時間樣本(t
i
)的時間癥狀向量的分量數(shù)k，
[0018](vi
?
3)對采集窗口的所有時間樣本迭代步驟(vi
?
1)和(vi
?
2)，
[0019]產(chǎn)生時間癥狀向量，
[0020](vii)根據(jù)確定的時間癥狀向量和分類器模型來檢測電動馬達的結(jié)構(gòu)故障。
[0021]這種將時間信號并行通過一組帶通濾波器的方法允許訪問信號的頻率內(nèi)容，同時保持在時域中。不同于基于頻域分析的經(jīng)典方法，例如傅立葉變換，所提出的方法自適應(yīng)于運行條件的變化。實際上，當馬達速度改變時，將被選擇用于生成時間系統(tǒng)向量的濾波器將被修改，并且自然地適應(yīng)新的條件。檢測方法的魯棒性得到了提高，因為由結(jié)構(gòu)故障引起的小信號變化可以更好地與由于運行條件的演變引起的變化區(qū)分開。
[0022]以下特征可以可選地單獨實施或與其他特征組合實施：
[0023]待檢測的結(jié)構(gòu)故障可以是機械故障。
[0024]待檢測的結(jié)構(gòu)故障可以是電氣故障。
[0025]電動馬達可以是感應(yīng)馬達。
[0026]電動馬達配置用于驅(qū)動機械負載。
[0027]由電動馬達驅(qū)動的機械負載可以是泵的旋轉(zhuǎn)部件，或者是起重機的提升機構(gòu)，或者是軋機的軋輥。
[0028]電動馬達通過耦合機構(gòu)耦合到機械負載。耦合機構(gòu)可以包括齒輪系。耦合機構(gòu)可以包括傳動帶。
[0029]預定義持續(xù)時間在0.2秒和5秒之間。預定義持續(xù)時間例如等于2秒。
[0030]采樣頻率在200Hz和5000Hz之間。采樣頻率例如等于500Hz。
[0031]在一實施例中，測量信號是歸一化信號，即測量信號被表示為原始信號的預定變化范圍的百分比。
[0032]獲取測量信號的步驟包括獲取原始信號并將獲取的原始信號除以預定義常數(shù)，從而得到測量信號的初始步驟。
[0033]在該方法的一實施例中：
[0034]?
在步驟(iii)，一組帶通濾波器的中心頻率形成公共差值(R)的算術(shù)級數(shù)，并且
[0035]一組帶通濾波器的帶寬是恒定的，
[0036]?
在步驟(vi
?
1)，通過計算值和公共差值(R)的比率的舍入值來選擇最接近時間樣本(t
i
)的值的中心頻率的帶通濾波器，選擇的濾波器的索引等于計算的舍入值。
[0037]在該方法的實施例中，獲得測量信號的高頻分量的步驟包括子步驟：
[0038](ii
?
1)對獲取的測量信號應(yīng)用低通濾波器，產(chǎn)生濾波值，
[0039](ii
?
2)從獲取的測量信號中減去濾波值，產(chǎn)生校正信號。
[0040]在替代實施例中，獲得測量信號的高頻分量的步驟包括子步驟：
[0041](ii
?
1)將高通濾波器應(yīng)用于獲取的測量信號，產(chǎn)生校正信號。
[0042]在該方法的實施例中，代表電動馬達旋轉(zhuǎn)的物理參數(shù)是電動馬達轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速
度。
[0043]旋轉(zhuǎn)速度可以由控制電動馬達的速度/扭矩控制器來確定。
[0044]旋轉(zhuǎn)速度可以由安裝在電動馬達輸出軸上的速度傳感器來確定。
[0045]在該方法的變型中，代表電動馬達旋轉(zhuǎn)的物理參數(shù)是電動馬達定子的電框架的旋轉(zhuǎn)速度。
[0046]在該方法的另一實施例中，代表電動馬達旋轉(zhuǎn)的物理參數(shù)可以是電動馬達傳遞的扭矩。
[0047]扭矩信號可以由速度/扭矩控制器確定。
[0048]扭矩信號可以由安裝在電動馬達輸出軸上的扭矩計確定。
[0049]在該方法的另一實施例中，代表電動馬達旋轉(zhuǎn)的物理參數(shù)是電動馬達定子的相電流。
[0050]該組帶通濾波器的中心頻率的公共差值例如是2.5Hz。
[0051]每個帶通濾波器的帶寬例如是2Hz。
[0052]該組帶通濾波器可以包括20到200個濾波器。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于檢測電動馬達(1)的結(jié)構(gòu)故障的方法，包括以下步驟：(i)在預定持續(xù)時間(DW)的采集窗口(W)期間，以預定采樣頻率(f)獲取代表電動馬達(1)旋轉(zhuǎn)的物理參數(shù)的測量信號(S)，(ii)獲得測量信號(S)的高頻分量，產(chǎn)生校正信號(S_cor)，(iii)將一組帶通濾波器(F
?
1，
…
，F(xiàn)
?
n)應(yīng)用于校正信號(S_cor)，每個帶通濾波器(F
?
1，
…
，F(xiàn)
?
n)具有中心頻率(c
?
1，
…
，c
?
n)和帶寬(q
?
1，
…
，q
?
n)，帶通濾波器(F
?
1，
…
，F(xiàn)
?
n)的中心頻率按升序排列，帶寬(q
?
1，
…
，q
?
n)相互分離，每個帶通濾波器(F
?
1，
…
，F(xiàn)
?
n)具有對應(yīng)于中心頻率在中心頻率(c
?
1，
…
，c
?
n)的排序列表中的等級的索引(1，
…
，n)，產(chǎn)生一組濾波校正信號(FS_cor
?
1，
…
，F(xiàn)S_cor
?
n)，(iv)確定電動馬達(1)的定子頻率(Fs)和轉(zhuǎn)子頻率(Fr)，(v)計算包括多個分量(FSV1，
…
，F(xiàn)SV
p
)的頻率特征向量(FSV)，頻率特征向量(FSV)的每個分量(FSV
k
)是定子頻率(Fs)和轉(zhuǎn)子頻率(Fr)的預定線性組合，方程如下：FSV
k
＝a
k
*Fs+b
k
*Fr，(方程1)系數(shù)a
k
、b
k
是預定義整數(shù)，(vi)根據(jù)計算的頻率特征向量(FSV)和該組濾波校正信號(FS_cor
?
1，
…
，F(xiàn)S_cor
?
n)計算時間癥狀向量(TSV)，該時間癥狀向量(TSV)包括多個分量(TSV1，
…
，TSV
p
)，該計算包括子步驟：(vi
?
1)對于采集窗口(W)的每個時間樣本(t
i
)和頻率特征向量(FSV)的每個分量(FSV
k
)，選擇最接近時間樣本(t
i
)的值(FSV
k
)的中心頻率(c
?
r)的帶通濾波器(F
?
r)，(vi
?
2)將選擇的帶通濾波器(F
?
r)的輸出值影響到時間樣本(t
i
)的時間癥狀向量(TSV)的分量數(shù)k(TSV
k
)，(vi
?
3)對采集窗口(W)的所有時間樣本迭代步驟(vi
?
1)和(vi
?
2)，產(chǎn)生時間癥狀向量(TSV)，(vii)根據(jù)確定的時間癥狀向量(TSV)和分類器模型來檢測電動馬達(1)的結(jié)構(gòu)故障。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中：
?
在步驟(iii)，所述一組帶通濾波器(F
?
1，
…
，F(xiàn)
?
n)的中心頻率(c
?
1，
…
，c
?
n...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：A，
申請(專利權(quán))人：施耐德東芝換流器歐洲公司，
類型：發(fā)明
國別省市：