專利名稱：電參量信息融合的電機(jī)拖動系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于三相電參量信息融合的電機(jī)拖動系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測方 法，特別適用于動力源是電機(jī)的所有電機(jī)拖動系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代化生產(chǎn)中大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電力拖動。例如各種機(jī)床、軋鋼機(jī)、液壓 設(shè)備、礦井提升機(jī)、球磨機(jī)、造紙機(jī)、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、化工機(jī)械、電力機(jī)車、壓縮機(jī)、起重 機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、榨油機(jī)、碾米機(jī)、水泵、電動工具等，數(shù)不勝數(shù)。這些生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)行過程中，其 機(jī)、電、液(流體)參數(shù)是動態(tài)變化的，且相互耦合，這些參數(shù)能從不同的角度(信息空間)不 同程度地反應(yīng)設(shè)備的設(shè)計制造水平和運(yùn)行狀態(tài)。若要全面了解設(shè)備的設(shè)計制造水平和運(yùn)行 狀態(tài)，必須結(jié)合工況全面分析機(jī)電液參數(shù)的變化過程如電流、電壓、振動、力、扭矩、轉(zhuǎn)速、 壓力、流量等，目前對這些動態(tài)參數(shù)的觀測大都采用嵌入式測量方法。由于這些參數(shù)測量成 本高、不易獲取、特征信息有限、容易受到干擾，且大多屬于非平穩(wěn)信號，給工程應(yīng)用帶來很 多困難，且有一定局限性。除此之外，傳統(tǒng)的電機(jī)拖動系統(tǒng)絕大多數(shù)都采用異步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，而異步電 機(jī)在使用中存在以下諸多缺陷
1)許多場合需要電機(jī)帶動較大的負(fù)荷啟動，但異步電機(jī)的低速特性較差，低速時效率 很低，輸出轉(zhuǎn)矩也較小，因此為了帶動負(fù)載，在無軟啟動措施的前提下只能加大電機(jī)的功 率；
2)由于熱慣性的原因電機(jī)短時過載是允許的，而異步電機(jī)的過載倍數(shù)較低，一般在2.2 以下，因此有時為了滿足瞬時較大負(fù)載的要求不得不采用更大功率的電機(jī)；
3)異步電機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定載荷時約為0.7 0. 9，而在輕載或空載時更低， 只有0. 2 0. 3 ；
4)電機(jī)拖動系統(tǒng)的負(fù)荷隨工況瞬時變化，但電機(jī)的功率控制策略如何適應(yīng)工況和負(fù)荷 的變化，目前沒有可視化的監(jiān)測技術(shù)能對設(shè)備運(yùn)行工況和負(fù)荷功率進(jìn)行在線監(jiān)測并使其與 電機(jī)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)匹配控制策略.
申請人通過長期的理論分析和大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在電機(jī)拖動系統(tǒng)中，由于定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的 耦合作用，有關(guān)設(shè)備狀況、負(fù)荷變化以及設(shè)計缺陷等特征信息會通過機(jī)械和流體參數(shù)耦合 到電機(jī)定子的三相電參數(shù)中，而電機(jī)的三相交流電參數(shù)不僅有幅值而且有方向的變化，現(xiàn) 有的利用電機(jī)電參數(shù)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的方法(包括我們以前的研究成果)沒有找到一種 實(shí)用的方法將電機(jī)三相電參數(shù)的幅值和相位信息進(jìn)行融合，故不能全面了解電機(jī)拖動系統(tǒng) 的動態(tài)信息。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于三相電參量信息融合的電機(jī)拖動系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測方法，為研究拖動系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計和優(yōu)化工況提 供科學(xué)依據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案
一種基于三相電參量信息融合的電機(jī)拖動系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測方法，其特征在于， 該方法采用非侵入式測量方式，將驅(qū)動電機(jī)定子的電壓、電流信號用李薩如圖產(chǎn)生單相及 三相信息融合方法；充分利用電氣參量提供的幅值、相位信息、相間和相序信息繪制平面 和立體李薩如圖，計算電參量與橢圓各特征量關(guān)系，通過觀測橢圓圖形面積、形狀、旋轉(zhuǎn)方 向以及比例的變化實(shí)現(xiàn)對電機(jī)拖動系統(tǒng)中電機(jī)、液壓、機(jī)械等傳動裝置的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行工 況、負(fù)載功率以及功率匹配情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并能對拖動系統(tǒng)中的電機(jī)、機(jī)械和液壓故障 進(jìn)行分類判別，為精確診斷和節(jié)能控制提供可靠依據(jù)。具體步驟如下
1)用霍爾傳感器同時獲取電動機(jī)定子三相電壓U、電流i動態(tài)模 擬電信號，經(jīng)過調(diào)理電路處理后送入A/D采樣器獲得三相數(shù)字電信號
權(quán)利要求
1.一種基于三相電參量信息融合的電機(jī)拖動系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測方法，其特征在 于，該方法采用非侵入式測量方式，將驅(qū)動電機(jī)定子的電壓、電流信號用李薩如圖產(chǎn)生單相 及三相信息融合方法；充分利用電氣參量提供的幅值、相位信息、相間和相序信息繪制平面 和立體李薩如圖，計算電參量與橢圓各特征量關(guān)系，通過觀測橢圓圖形面積、形狀、旋轉(zhuǎn)方 向以及比例的變化實(shí)現(xiàn)對電機(jī)拖動系統(tǒng)中電機(jī)、液壓、機(jī)械等傳動裝置的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行工 況、負(fù)載功率以及功率匹配情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并能對拖動系統(tǒng)中的電機(jī)、機(jī)械和液壓故障 進(jìn)行分類判別。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，具體步驟如下1)用霍爾傳感器同時獲取電動機(jī)定子三相電壓U、電流i動態(tài)模 擬電信號，經(jīng)過調(diào)理電路處理后送入A/D采樣器獲得三相數(shù)字電信號
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的李薩如圖進(jìn)行單相及三相電參量信 息融合方法有以下三種方式1)將三相電a、b、c相李薩如圖置于同一坐標(biāo)系下，并將相對應(yīng)的點(diǎn)連接，同時以三相 橢圓的最大的外接矩形為基準(zhǔn)，繪出三相橢圓的外接矩形；2)將三相電壓、電流進(jìn)行對稱分量法轉(zhuǎn)換，用單相的融合方法將負(fù)序電壓、電流進(jìn)行融合；3)將三相電流轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系下，并用李薩如方法進(jìn)行融合；三種融合方法融合后的圖形中包含了電機(jī)拖動系統(tǒng)中電機(jī)、液壓、機(jī)械等傳動裝置的 運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行工況、負(fù)載功率以及功率匹配狀況全面、有效的信息。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的電參量與橢圓各特征量關(guān)系以及電 機(jī)拖動系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與橢圓特征量關(guān)系如下1)橢圓軌跡旋向橢圓軌跡旋向?yàn)轫槙r針時，電壓滯后于電流；橢圓軌跡旋向逆時針 時，電壓超前于電流；對于變工況負(fù)荷，當(dāng)橢圓軌跡旋向?yàn)轫槙r針時，異步電機(jī)為發(fā)電工況； 當(dāng)橢圓軌跡旋向?yàn)槟鏁r針時，異步電機(jī)為電動工況；因此可根據(jù)橢圓軌跡旋向判斷負(fù)荷性 質(zhì)；2)橢圓面積通過分析可得到橢圓面積,其中&為單相平均有功功率，P為三相有功功率，可見橢圓面積隨電機(jī)有功功率成正比關(guān)系變化；12 AB sh Φ3)橢圓傾角通過分析可得到橢圓傾角e=—τ.~，在無電氣故障Jt — β時，負(fù)荷變化對曰的影響十分顯著；4)橢圓外接矩形外接矩形的邊長的一半分別代表了χ軸和y軸的最大值，y軸的最大 值為電流幅值，χ軸的最大值為電壓幅值；通過橢圓外接矩形的參量變化可以直觀反映電壓、電流信號幅值的變化規(guī)律；通過分析亦可得到S = ^liE ,其中S為電機(jī)視在功率，2即容量，^mm為橢圓外接矩形的面積；可見外接矩形的面積為輸入視在功率的2倍， 即外接矩形的面積變化可以直接反映電機(jī)視在功率的變化規(guī)律。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三相電參量信息融合的電機(jī)拖動系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測方法，采用非侵入式測量，將驅(qū)動電機(jī)定子的電壓、電流信號用李薩如圖產(chǎn)生單相及三相信息融合方法；充分利用電氣參量提供的幅值、相位信息、相間和相序信息繪制平面和立體李薩如圖，計算電參量與橢圓各特征量之間關(guān)系，通過觀測橢圓圖形面積、形狀、旋轉(zhuǎn)方向以及比例的變化實(shí)現(xiàn)對電機(jī)拖動系統(tǒng)中電機(jī)、液壓、機(jī)械等傳動裝置的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行工況、負(fù)載功率以及功率匹配情況進(jìn)行在線監(jiān)測。不僅可以直觀反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，而且可直接對拖動系統(tǒng)中的電機(jī)、機(jī)械和液壓故障進(jìn)行分類判別，為精確診斷和節(jié)能控制提供可靠依據(jù)。
文檔編號G01R31/34GK102095998SQ20101058614
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者劉沛津, 寇雪芹, 琚曉濤, 谷立臣 申請人:西安建筑科技大學(xué)