[發(fā)明專利]一種基于短時校正FFT的感應電機斷條故障檢測方法

有效

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• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109856538B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 王攀攀;盧俊結;張陽;童志剛;王書歡;尚健祎;許浩;段森
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于短時校正傅里葉變換的感應電機轉子斷條故障檢測方法，首先選擇一個時間寬度很窄的時間窗沿時間軸滑動，將采集的定子電流信號截斷為一系列相互重疊子信號，隨后對每一短時信號進行FFT分析獲得相應的一系列短時頻譜。接著應用頻譜校正技術對每一短時頻譜的基波分量幅值進行校正以提高精度，最后以時間窗滑動的位置所對應的時間為自變量，校正后的幅值為因變量，得到基波幅值隨時間變化曲線，根據其隨時間演變是否呈現(xiàn)為2sf_s(s為轉差率，f_s為電源頻率)頻率的正弦包絡來識別斷條故障。若呈現(xiàn)為2sf_s頻率的正弦包絡則轉子發(fā)生斷條故障，否則轉子正常。本發(fā)明方法具有簡單易實現(xiàn)且計算量小優(yōu)勢，此外，不僅能夠實現(xiàn)電機在平穩(wěn)運行狀態(tài)下的斷條故障檢測，對于負載時變情況下同樣適用。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于短時校正FFT的感應電機斷條故障檢測方法，屬于電機故障診斷領域。

背景技術

感應電動機憑借其易于控制、高性能、維修方便以及低成本等優(yōu)勢在工農業(yè)等領域中得以廣泛的應用。但由于一些惡劣的工況（頻繁啟動、過載運行、機械應力以及過大的熱應力）以及轉子本身制造缺陷，電機容易出現(xiàn)斷條故障，其發(fā)生率約占電機全部故障的8%~10%左右。

轉子斷條故障是一種典型的漸進式故障，斷條位置的相鄰導條與端環(huán)連接處的熱應力明顯增大，繼而容易造成鄰近導條的相繼斷裂。若不及早發(fā)現(xiàn)和處理，輕則降低電機出力，弱化其各項性能指標，重則發(fā)生“掃膛”現(xiàn)象，從而燒毀電機，造成重大的生產事故。因此必須對其進行早期檢測。

感應電動機轉子發(fā)生斷條故障時，由轉子不對稱所引起的磁動勢變化作用在定子中，使其感應出頻率為(1±2ks)f_s的附加電流分量（其中，k=1,2,3…，s表示電機的轉差率，f_s為供電電源的頻率）。利用快速傅里葉變換（FFT）對定子電流信號進行分析，觀察其頻譜中是否存在該特征頻率分量即可實現(xiàn)檢測之目的，然而低頻率分辨力以及頻譜泄露問題是此分析方法的不足。為此，發(fā)展了各具特色的檢測方法，如希爾伯特模量法、瞬時功率法、多重信號分類（MUSIC）以及旋轉不變信號參數(shù)估計方法（ESPRIT）等，取得了一定的檢測效果。然而，這些方法都是基于負載穩(wěn)定狀態(tài)下的檢測，對于負載時變的場合，檢測效果大大降低甚至完全失效。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：為克服現(xiàn)有檢測技術存在的不足，提出一種基于短時校正傅里葉變換的感應電動機轉子斷條故障檢測方法。該方法簡單易實現(xiàn)且計算量小，此外，不僅能夠實現(xiàn)電機在平穩(wěn)運行狀態(tài)下的斷條故障檢測，對于時變負載下同樣適用。

為了實現(xiàn)上述技術目標，本發(fā)明采用下述技術方案：

首先選擇一個時間寬度很窄的時間窗沿時間軸滑動將采集的定子電流信號截斷為一系列相互重疊子信號，隨后對每一短時信號進行FFT分析獲得相應的一系列短時頻譜，接著應用頻譜校正技術對每一短時頻譜的基波分量幅值進行校正，最后以時間窗滑動的位置所對應的時間為自變量，校正后的幅值為因變量，得到基波幅值隨時間變化的曲線，根據其隨時間演變是否呈現(xiàn)為2sf_s頻率的正弦包絡來識別轉子斷條故障。若呈現(xiàn)為2sf_s頻率的正弦包絡則轉子發(fā)生斷條故障，否則轉子正常。

上述基于短時校正FFT的感應電機斷條故障檢測方法，具體包括以下幾個步驟：

步驟一：采集任意一相定子電流信號；

步驟二：利用一個時間寬度很窄的時間窗沿時間軸滑動，將采集的定子電流截斷為一系列相互重疊的子信號：