专利名称：一种笼型异步电动机转子断条故障检测方法
技术领域：
本发明涉及一种能够检测笼型异步电动机转子断条故障的方法，属电机技术领域。
背景技术：
笼型异步电动机在运行过程中，转子导条受到径向电磁力、旋转电磁力、离心力、热弯曲挠度力等交变应力的作用，加之转子制造缺陷，可能导致断条故障，此种故障发生概率约为15%。转子断条是典型的渐进性故障，初期通常1、2根导条断裂，而后逐渐发展以至电机出力下降甚至停机，因此，必须实施转子断条故障检测。
笼型异步电动机发生转子断条故障之后，在其定子电流中将出现频率的附加电流分量(S为转差率，Λ为供电频率，^=1，2，…)，可以将其作为转子断条故障特征。而定子电流信号易于采集，因此基于快速傅里叶变换(FFT)的定子电流信号频谱分析方法被广泛应用于转子断条故障检测。最初的转子断条故障检测方法是对稳态定子电流信号直接进行FFT频谱分析，根据频谱图中是否存在频率分量判断转子有无断条。由于转子轻微断条时，分量的幅值相对于分量非常小，而异步电动机运行时转差率s很小，(I ±2As)/；与这两个频率数值接近，如果直接做FFT频谱分析，则(I ±2^5)/；分量可能被分量的泄漏所淹没。这是此方法的不足之处。为了弥补此方法之不足，发展形成了基于希尔伯特变换的笼型异步电动机转子断条故障检测方法，其核心在于将转子断条故障时的定子电流信号视为2ksi\分量(调制信号)对分量(载波信号)调制的结果，而调制信号显然包含转子断条故障特征；因此，通过适当方法进行“解调”而获取调制信号，提取并分析其中的2ksi\分量即可实现转子断条故障检测。上述希尔伯特变换检测方法，它包括以下步骤
a.测取一相定子电流瞬时信号&；
b.计算定子电流瞬时信号h的希尔伯特变换2表示时间、T表示时间延迟；
c.计算希尔伯特模量Mod,Mod = €+ 1 ;
该希尔伯特模量的频率成分非常复杂，包括2s/；、4s/；As/；、Ssf1频率分量以及直流分量，说明如下。异步电动机发生转子断条故障后，在其定子电流中将出现(l±2fc)/；频率的附加电流分量。因此，异步电动机在转子断条故障情况下的定子电流信号可采用式(I)模拟。此处，取^=1，2 α>2时的附加电流分量幅值过小，忽略不计)。
权利要求
1.一种笼型异步电动机转子断条故障检测方法，其特征是，它首先对按一定频率采集的定子电流瞬时信号应用希尔伯特变换，得到其希尔伯特模量；然后通过减去其平均值而滤除该希尔伯特模量中的直流分量；再应用ESPRIT进行频谱分析，获得其ESPRIT频谱图；最后根据ESPRIT频谱图中是否存在2si\分量、4s/；分量谱峰判断是否存在转子断条故障若同时存在2sf\分量和4s/；分量谱峰，则转子断条，否则转子正常。
2.根据权利要求I所述笼型异步电动机转子断条故障检测方法，其特征是，具体按以下步骤进行 a.测取一相定子电流瞬时信号& 对于高压电机，采用一只电流钳在电流互感器CT 二次侧测取一相定子电流瞬时信号；对于低压电机，采用一只电流钳直接在电机接线端子处测取一相定子电流瞬时信号； b.采用单工频周期滑动窗方法计算定子电流瞬时信号 ,的有效值Z5，通过分析有效值的变化趋势，提取其最平稳亦即波动最小的一段数据，记为G ; c.对提取的定子电流瞬时信号<应用希尔伯特变换，得到其希尔伯特模量Mod ； d.滤除该希尔伯特模量中的直流分量，获得待分析信号M，M=Mod-Hiean(Mod)，mean (Mod)表Mod 的平均值； e.应用ESPRIT对待分析信号M进行频谱分析，获得ESPRIT频谱图； f.根据ESPRIT频谱图中是否存在Isfl分量、4s/；分量谱峰判断是否存在转子断条故障若同时存在Isfl分量、4s/；分量谱峰，则转子断条，否则转子正常。
3.根据权利要求2所述笼型异步电动机转子断条故障检测方法，其特征是，采用单工频周期滑动窗方法计算定子电流瞬时信号L的有效值A的方法是 选取定子电流瞬时信号^中的连续20点，计算其有效值/, Σ棚;对于所选 取的L中的连续20点，保留后19点，顺序递补L中的后面一点，即第21点，从而再次获得L中的连续20点，再次计算其有效值，以此类推，确定i,的有效值变化趋势。
4.根据权利要求3所述笼型异步电动机转子断条故障检测方法，其特征是，所述定子电流瞬时信号^的采样频率设定为1000Hz、采样时长设定为10 S，从中提取的最平稳的一段数据g的时长为4s。
5.根据权利要求4所述笼型异步电动机转子断条故障检测方法，其特征是，应用ESPRIT对待分析信号M进行频谱分析的方法包括以下步骤 a.构造相关矩阵，具体如下； 不失一般性，待分析信号M可以表示为一系列余弦谐波分量之组合，如下式所示。
其中，A表示采样周期、表示采样点数；P表示谐波个数；4、Z4分别表示第 个谐波的幅值、频率、初相角； 所述信号M主要包括2个频率分量，即/7 ^ 2； 定义 引入以下WXi/阶矩阵 其中 应远大于/7，此处取则X( )的自相关矩阵为 而xo)和y( )的互相关矩阵为 其中，E表示数学期望H表示共轭转置； b.对^进行特征值分解，确定其最小特征值￥； c.计算
全文摘要
一种笼型异步电动机转子断条故障检测方法，它首先对按一定频率采集的定子电流瞬时信号应用希尔伯特变换，得到其希尔伯特模量；然后通过减去其平均值而滤除该希尔伯特模量中的直流分量；再应用ESPRIT进行频谱分析，获得其ESPRIT频谱图；最后根据ESPRIT频谱图中是否存在2sf1分量、4sf1分量谱峰判断是否存在转子断条故障若同时存在2sf1分量和4sf1分量谱峰，则转子断条，否则转子正常。本发明有效克服了负荷波动的影响，仅需采样时间很短的定子电流信号即可高灵敏度、高可靠性地检测异步电动机转子断条故障，特别适用于工程中广泛采用的大型异步电动机。
文档编号G01R23/16GK102944842SQ20121050282
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者许伯强, 孙丽玲 申请人:华北电力大学(保定)