[發明專利]一種變頻調速驅動下的旋轉機械軸系扭振故障監測方法

有效

• 申請號: 201610664399.2
• 申請日: 2016-08-12
• 公開（公告）號: CN106323449B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 江哲帆;楊建剛
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06;G01M13/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種變頻調速驅動下的旋轉機械軸系扭振故障監測方法，包括如下步驟：采集異步電機三相定子電流信號i_a、i_b、i_c；對三相定子電流進行Park變換和Clarke變換，得到d?q坐標系下的d軸和q軸定子電流i_d、i_q；對q軸定子電流分量i_q做快速傅里葉變換得到其頻譜；設定軸系關鍵參數計算軸系扭振固有頻率；計算q軸定子電流分量i_q中頻率在軸系扭振固有頻率附近且絕對值最大的分量和頻率在0Hz附近的絕對值最大的分量的比值；對該比值進行判定，超過一定閾值時視為發生扭振故障。本發明的有益效果為：從電氣側著手，對三相定子電流進行分析，監測指標簡單，便于操作；不需要借助現有或者額外的機械設備，不影響轉軸正常運轉，適合進行長期監測。

技術領域

本發明涉及旋轉機械故障診斷方法領域，尤其是一種變頻調速驅動下的旋轉機械軸系扭振故障監測方法。

背景技術

旋轉機械在電力、能源、化工、國防等領域內發揮著無可替代的重要作用。其中，泵與風機等旋轉機械多由異步電機帶動。近年來，從調速節能的角度出發，變頻器驅動電機已經成為一種應用日益廣泛的電機驅動方式。

使用變頻器驅動電機，可以通過調整電機轉速適應負載變化的情況，有效減小節流損失，帶來可觀的經濟效益。但由于異步電機由帶有頻率豐富的諧波的交流電進行驅動，其中頻率與軸系扭振固有頻率重合的諧波可能導致扭振故障。扭振故障將使得軸系承受大幅交變應力，嚴重影響設備安全性。在由變頻器驅動異步電機帶動其他旋轉機械工作時，應對軸系扭振故障進行監測，確保設備安全運行。

目前監測扭振的技術主要可以分為接觸式和非接觸式方法。接觸式扭振監測方法在轉軸上架設應變片等形式的傳感器，使得應變片測量軸上的剪應變，通過剪應變的變化情況來反應軸的扭振情況。接觸式扭振監測方法需要再軸上額外架設設備，因此不一定適用于所有場合。非接觸式扭振監測方法一般采用測齒法，利用軸上的測速齒輪盤或其他現有設備，通過測量角度的不均勻性來實現扭振監測。該方法無需在軸上另外架設設備，不影響軸的正常運行，因此適合長期監測。但該方法存在對等分機構要求很高、信號的提取和分析復雜等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種變頻調速驅動下的旋轉機械軸系扭振故障監測方法，不需要在轉軸上額外架設設備，有效對軸系扭振故障進行監測，適合進行長期監測。

為解決上述技術問題，本發明提供一種變頻調速驅動下的旋轉機械軸系扭振故障監測方法，包括如下步驟：

(1)采集異步電機三相定子電流信號i_a、i_b、i_c；

(2)對三相定子電流進行Park變換和Clarke變換，得到d-q坐標系下的d軸和q軸定子電流i_d、i_q；

Park變換將三相a-b-c坐標系中的電流、電壓、磁鏈等電磁量轉換到靜止的兩相d-q坐標系中，ds和qs為靜止d-q坐標系坐標軸，電磁量變換如式(1)所示：

Clarke變換將靜止的兩相d-q坐標系中電磁量轉換到旋轉的兩相d-q坐標系中，坐標系旋轉速度為電機的同步轉速，因此該旋轉坐標系也稱為同步坐標系；ds和qs為靜止d-q坐標系坐標軸，de和qe為旋轉d-q坐標系坐標軸，θ＝wt，w為同步轉速，電磁量變換如式(2)所示：

將Park變換和Clarke變換相結合，將三相a-b-c坐標系中的電磁量轉換到以同步轉速旋轉的兩相d-q坐標系中，電磁量變換如式(3)所示：