[發(fā)明專利]一種基于電流與振動(dòng)信號(hào)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩辨識(shí)方法

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• 申請日: 2022-07-12
• 公開（公告）號(hào): CN115051612A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志亮;凌云飛;左明健
• 申請（專利權(quán)）人: 青島明思為科技有限公司
• 主分類號(hào): H02P21/14
• 分類號(hào): H02P21/14;H02P21/18;H02P21/20;H02P25/02
• 代理公司: 成都行之智信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51256
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開了一種基于電流與振動(dòng)信號(hào)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩辨識(shí)方法，根據(jù)感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行原理與信號(hào)處理技術(shù)，提取單相定子電流信號(hào)主頻以得到同步轉(zhuǎn)速，再根據(jù)電機(jī)殼體徑向振動(dòng)加速度信號(hào)頻譜中含有電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速分量這一現(xiàn)象，在振動(dòng)信號(hào)頻譜中同步轉(zhuǎn)速附近的一個(gè)較窄頻帶中搜索電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)頻，然后根據(jù)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)或?qū)嶋H運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)差頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的近似線性關(guān)系，最后，根據(jù)所測轉(zhuǎn)差頻率與推導(dǎo)的線性關(guān)系計(jì)算電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于感應(yīng)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于電流與振動(dòng)信號(hào)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩辨識(shí)方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代工業(yè)制造中，電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于發(fā)電、風(fēng)機(jī)、機(jī)床、壓縮機(jī)、機(jī)械臂等領(lǐng)域。隨著可再生能源的發(fā)展，電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電和電動(dòng)汽車領(lǐng)域也發(fā)揮著重要的作用。電機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)中最基本的部件之一，它經(jīng)常在惡劣的環(huán)境和多變的工作條件下工作，時(shí)常會(huì)發(fā)生各種緊急故障，造成嚴(yán)重的事故和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，隨著電機(jī)在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，為保證機(jī)械設(shè)備和工業(yè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，提高復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，對電機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)測變得越來越重要。

為了減輕電機(jī)故障對工業(yè)系統(tǒng)的影響，提高工業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)行效率，有必要探索一種有效的電機(jī)運(yùn)行監(jiān)測方法。

電機(jī)的轉(zhuǎn)速是至關(guān)重要的參數(shù)。目前感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩辨識(shí)方法主要分為直接法與間接法。其中，直接法測轉(zhuǎn)速包含光柵法、光反射法、磁電法等。直接法測轉(zhuǎn)矩，使用電渦流測功機(jī)，電力測功機(jī)等，其主要問題是需要在軸上安裝設(shè)備，限制了使用場景，另一問題在于轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的測量采用兩套設(shè)備，不能一體化完成。而間接法測轉(zhuǎn)速包括轉(zhuǎn)子槽諧波，電機(jī)電流特征分析等方法。這類方法基于頻譜分析，為得到高精度需要較為復(fù)雜的分析方法。間接法測轉(zhuǎn)矩主要利用轉(zhuǎn)差速度與轉(zhuǎn)矩的線性關(guān)系。現(xiàn)有的方法主要利用電機(jī)銘牌上的值構(gòu)建線性關(guān)系，存在誤差較大的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于電流與振動(dòng)信號(hào)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩辨識(shí)方法，通過基于電流信號(hào)的同步轉(zhuǎn)頻提取與基于振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)速校正實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速辨識(shí)，基于電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差速度的線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩辨識(shí)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種基于電流與振動(dòng)信號(hào)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩辨識(shí)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、采集感應(yīng)電機(jī)的單相定子電流信號(hào)、電機(jī)殼體徑向振動(dòng)加速度信號(hào)以及電機(jī)銘牌信息，其中，電機(jī)銘牌信息包括電機(jī)極對數(shù)p、額定功率P_r以及額定轉(zhuǎn)速N_r；

以相同的采樣頻率f_sam和采集時(shí)長t采集單相定子電流信號(hào)與徑向振動(dòng)信號(hào)，其中，單相定子電流信號(hào)記為I(n)，徑向振動(dòng)信號(hào)記為v(n)，n＝1,2,…,N；其中，N為總采樣點(diǎn)數(shù)，N＝f_sam*t；

(2)、提取電流特征信號(hào)并進(jìn)行穩(wěn)態(tài)辨識(shí)；

(2.1)、計(jì)算I(n)的均方根，得到電流有效值I_rms；

(2.2)、判斷I_rms是否大于電機(jī)給定的最小工作電流，如果小于，則認(rèn)為電機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，丟棄I_rms，返回步驟(1)；否則，進(jìn)入步驟(2.3)；

(2.3)、對I(n)進(jìn)行FFT變換；

其中，f表示頻率；

(2.4)、搜索頻譜FFT_I(f)上的最大值，記為FFT_I(f₁)，f₁為最大值對應(yīng)的頻率；將f₁作為電機(jī)的供電頻率，最后計(jì)算電機(jī)的同步轉(zhuǎn)頻