[發明專利]用于監測機電系統的狀況方法和設備

有效

• 申請號: 201280022882.0
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN103502827A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: J.奧特維爾;M.奧基斯
• 申請（專利權）人: ABB技術有限公司
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34;G01M13/00;G01M13/02;G01M15/04;G01M15/05;G01P3/48;H02P6/00;H02P21/00;H02P21/14;H02P29/02;H02P6/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 易皎鶴;湯春龍

技術領域

本發明關于用于監測機電系統的狀況的方法、設備和計算機程序，其中使用電旋轉機器并且其中在機電系統的操作期間測量至少一個電信號。

背景技術

狀況監測技術經常基于使用例如加速計的殼安裝的振動換能器測量的振動信號的測量和后續分析。與使用殼安裝的振動換能器關聯的主要問題涉及在測量的振動取決于從振動源到換能器的傳輸路徑時它們的安裝。在一些情形中，振動信號中的細微細節可通過傳輸路徑而衰減，從而導致失去縮小機器狀況的指標。因為換能器位置中小的改變可以導致記錄不同的振動信號，這些傳輸路徑效應還意味著殼安裝的振動換能器典型地永久固定到結構。當設備位于不友好環境中時，這些換能器的性能可隨時間而下降。殼安裝的振動換能器還特別對環境噪聲敏感。盡管殼安裝的振動換能器未典型地妨礙設備件的正常運行，在許多情況下，需要特殊布置來將它們安裝在設備件上。例如，需要將許多振動換能器安裝在平坦表面上、接近振動源。此外，這些換能器典型地是單向的，并且這樣的多個換能器必須獲得足夠的信息來關于設備件的狀況作出確信的決定。

電動機和發電機，或更一般地，電旋轉機器經常形成機電系統的關鍵部件。近年來，可從將電旋轉機器連接到電源的電力電纜測量的電流的分析已經作為用于監測機電系統的狀況的成功方法而示出。已經示出在電旋轉機器中感應的電流隨操作狀況而改變，這通常導致大的交流（AC）電力供應電流的振幅和相位調制。與例如損壞的轉子條或轉子偏心的缺陷有關的操作狀況中的變化可與電力供應電流的振幅和頻率的調制有關。馬達電流特征分析（MCSA）牽涉分析頻域中的測量電流信號，以便診斷并且趨向進展的缺陷。MCSA因為它實現起來相對便宜并且因為電旋轉機器形成機電系統的部分、方法可視為非侵入式而有吸引力。盡管已經示出MCSA對例如由在機械組件（例如軸承或齒輪）中出現的缺陷引起的那些的外部負載中的變化有反應，它已經主要在電動機故障的診斷中使用。

通常，測量的電流信號的頻譜由AC電力供應電流支配。形成機電系統的電動機和附連的機械系統引起AC電力供應電流的調制，從而導致在頻譜中出現邊帶。因此，占優勢的AC電力供應電流可視為載波。電力供應很少是理想的；可以出現與機器的操作狀況無關的AC電力供應電流的相位和振幅調制。這在其中控制動作和脈寬調制將導致電力供應電流載波是不穩定波形的電驅動系統中尤其真實。相似地，通常的情況是作用于電旋轉機器的負載可以是瞬態的。由于電力供應似乎分布在頻率范圍上，電力供應電流載波的不穩定性質產生分量。這可以使評估機電系統的操作狀況中的難度增加。

從Linehan等人的美國專利號54830201已知存在通過在以與AC電力供應電流載波的頻率改變一致地改變測量的電流信號的采樣率的數據采集系統中包含電路而處理上文呈現的問題的方法。從而，得到僅包含穩定載波的采樣數據集。通過也只考慮載波的總數量，方法確保一旦被轉換到頻域，分量由于第一與最后的樣本之間的不連續而減小。從而，在可與缺陷匹配的頻域中識別分量的容易程度增加。

從Grosjean的美國專利號US?6993439?B2，已知存在將測量的電流波形從時域轉換到空間域的方法。電旋轉機器的轉子的角位移使用測量的電流波形中的特性來識別。例如，由換向器切換產生的振幅調制可用于估計DC馬達的轉子的位置。電流波形然后對于該角位移歸一化并且在頻域中分析，從而允許在頻域中分析未以恒定角速度旋轉的電旋轉機器。

上文描述的現有技術給出使測量的電流信號的頻譜的變化性減小的方法。然而，即使當考慮以恒定角速度操作并且由理想的電力供應供應的機電系統從而導致穩定的電力供應電流載波時，由機電系統的操作狀況引起的調制邊帶的振幅相對于電力供應電流載波和它的諧波是低的。這在考慮在電機所附連的機械系統中出現的故障中特別真實。此外，用于測量電流信號的換能器的分辨率不足可以導致諧波失真。因此可能難以區分由于機電系統的操作狀況引起的分量與其他更占優勢的分量或由于換能器噪聲、來自非恒定源的微弱噪聲或來自在電旋轉機器的環境中出現的瞬態振動引起的噪聲信號。

發明內容

本發明提供用于監測機電系統的狀況的方法和用于實現根據發明性方法的方法的設備。本發明還提供用于監測機電系統的狀況的計算機程序，該計算機程序能裝載在計算機裝置的數據處理單元中并且在其上能執行，并且該計算機程序在由計算裝置的數據處理單元執行時執行根據權利要求1-4的方法。