[發(fā)明專利]一種三相電機(jī)電流信號(hào)瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)包絡(luò)提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710453037.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN107091988B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐光華;鎖霖;魯旭東;賀敏琪;王振宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/34
• 分類號(hào): G01R31/34;G01R19/00;G01R23/02
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種三相電機(jī)電流信號(hào)瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)包絡(luò)提取方法，利用同步采集的三相電流信號(hào)，通過電流變換，構(gòu)造電流信號(hào)對(duì)應(yīng)的解析信號(hào)；通過對(duì)解析信號(hào)模與幅角的計(jì)算，得到瞬時(shí)包絡(luò)與瞬時(shí)相位；通過數(shù)值微分算法，計(jì)算瞬時(shí)頻率，并對(duì)于瞬時(shí)頻率中的奇點(diǎn)，使用相位解卷繞算法處理；通過離線濾波處理，去除瞬時(shí)頻率的高頻分量，得到較精確的瞬時(shí)頻率；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了三相電流信號(hào)的解調(diào)和瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的提取，相比于傳統(tǒng)方法計(jì)算速度更快，有助于機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)于電機(jī)及傳動(dòng)部件的故障診斷、機(jī)械部件的運(yùn)行狀態(tài)獲取具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)電流故障診斷方法及信號(hào)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三相電機(jī)電流信號(hào)瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)包絡(luò)提取方法。

背景技術(shù)

三相電機(jī)或電主軸被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)，用以給整個(gè)設(shè)備提供足夠的扭矩和適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速。電機(jī)及其拖動(dòng)設(shè)備的健康運(yùn)行，對(duì)于整機(jī)的正常工作具有重大意義。電機(jī)電流分析法(Motor Current Signature Analysis,MCSA)是對(duì)電機(jī)及其傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的一種在線監(jiān)測(cè)和故障診斷方法。該方法通過電流傳感器獲取電機(jī)的定子電流信號(hào)，并加以分析以判斷電機(jī)及齒輪箱等零部件是否處于正常工作狀態(tài)。

電機(jī)及其拖動(dòng)零部件的特征頻率，通常是被調(diào)制在電流信號(hào)的基頻周圍的。因此在對(duì)電機(jī)電流信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，對(duì)電流信號(hào)解調(diào)以獲取瞬時(shí)包絡(luò)與瞬時(shí)頻率，是一個(gè)非常重要的課題。對(duì)此，通常的處理方法是使用希爾伯特變換或小波解調(diào)。這兩種方法均是對(duì)單通道電流信號(hào)進(jìn)行分析，未能利用多通道電流之間的信息互補(bǔ)性；此外，兩種方法的計(jì)算過程中需要進(jìn)行比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，更適合于離線分析；此外，希爾伯特變換適合于單分量信號(hào)的分析，對(duì)于現(xiàn)實(shí)工況下較為復(fù)雜的信號(hào)無法直接分析；小波解調(diào)需要預(yù)先設(shè)置濾波頻帶，對(duì)現(xiàn)實(shí)工況的變速情形并不適用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種三相電機(jī)電流信號(hào)瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)包絡(luò)提取方法，計(jì)算過程簡(jiǎn)單，獲得的瞬時(shí)包絡(luò)與瞬時(shí)頻率精確度較高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)解決方案是：

一種三相電機(jī)電流信號(hào)瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)包絡(luò)提取方法，包括以下步驟：

1)通過三個(gè)電流傳感器，在電機(jī)變頻器輸出端同步采集驅(qū)動(dòng)電機(jī)的三相定子電流信號(hào)，采樣頻率f_s大于特征頻率f_c的10倍以上；記采集得到的三相電流信號(hào)為i_U(n),i_V(n),i_W(n)，其中n＝1,2,3，…，電流信號(hào)相序?yàn)閁,V,W；

2)根據(jù)三相電流信號(hào)，實(shí)時(shí)計(jì)算解析信號(hào)的實(shí)部(i_α)與虛部(i_β),對(duì)于第k點(diǎn)的電流數(shù)據(jù)，計(jì)算公式為：

3)根據(jù)解析信號(hào)實(shí)部與虛部，計(jì)算瞬時(shí)相位與瞬時(shí)幅值；對(duì)于第k點(diǎn)的電流數(shù)據(jù)，瞬時(shí)相位等于解析信號(hào)在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)復(fù)數(shù)的幅角，瞬時(shí)幅值等于解析信號(hào)在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模；

對(duì)于第k點(diǎn)的電流數(shù)據(jù)計(jì)算公式為：

4)對(duì)瞬時(shí)相位，使用數(shù)值求導(dǎo)公式，計(jì)算瞬時(shí)頻率，對(duì)于前兩點(diǎn)f(0)和f(1)，不能實(shí)時(shí)計(jì)算，根據(jù)前三點(diǎn)相位數(shù)據(jù)求出：

對(duì)于后面的點(diǎn)，使用數(shù)值求導(dǎo)公式求出；第k點(diǎn)的計(jì)算公式為：

其中h為時(shí)間間隔，是采樣頻率的倒數(shù)；

5)根據(jù)f(k-3)，f(k-2)線性外推估算f(k-1)，f(k)，線性外推計(jì)算公式為：

f(k-1)＝2f(k-2)-f(k-3)