一种电流信号处理方法、电机运行故障检测方法和装置与流程

本发明涉及电机测试和故障诊断，具体涉及一种电流信号处理方法、电机运行故障检测方法和装置。

背景技术：

1、三相交流电机的运行故障检测是确保电机正常运行和提高生产效率的关键。目前对于运行中的电机进行故障检测通常采用安装振动传感器监测电机的振动情况，通过红外传感器监测电机各部件的温度分布情况，通过电流传感器监测电机电流波形，通过声音传感器检测电机的运行噪音，检测电机的启动特性、功率因数等。

2、相较于监测振动信号，采集电机运行过程中的电压、电流、功率、频率等动态参数，更易进行故障类型定性和故障位置定位。在通过监测电信号进行故障诊断的过程中，去除工频载波信号是电信号处理中的难点。由于工频信号相较于其他故障特征信号能量要高很多，会对故障信号形成压制，导致故障信号湮灭，影响电机故障诊断的准确度。

技术实现思路

1、为了提高电机故障诊断的准确性，本发明提出了一种电流信号处理方法、电机运行故障检测方法和装置，通过对采集的电机电流去除工频载波信号，能够实现对信号强度弱小的故障特征信号的抓取，提高电机运行中故障诊断的准确度。

2、根据本发明的一个方面，提供一种电流信号处理方法，包括：

3、获取电机运行过程中的电流波形图；

4、在电流波形图中按照预设频率连续采样，计算采样点瞬时电流值的均方根值，得到第一电流有效值；从第一电流有效值中选择预定数量的数据组，对每个数据组中的电流有效值进行加权平均计算，得到第二电流有效值；基于第二电流有效值生成电流有效值运行波形图。

5、通过上述技术方案，对电机电流信号的有效值进行加权平均处理可以有效抑制因工频载波及其他干扰引起的噪声，使得电机故障诊断更为准确。加权平均的权重可根据具体应用和信号特性进行调整，可以满足不同电机运行情况下的需求。

6、可选地，在本发明提供的电流信号处理方法中，在每个完整的电流信号周期内按照预设频率进行采样瞬时电流值，预设频率为100khz；对每个周期内的采样点瞬时电流值进行均方根值计算；将多个周期内计算得到的均方根值进行平均，作为第一电流有效值。

7、通过上述技术方案，通过对电流信号进行更细粒度处理，可以提高电流有效值运行波形图的质量和准确性，有助于进一步分析电机的运行状态。

8、根据本发明的第二方面，提供了一种电机运行故障检测方法，包括：

9、采集电机运行过程中的三相电流和三相电压；

10、基于三相电流绘制电流波形图，基于三相电压绘制电压波形图；基于本发明第一方面的电流信号处理方法去除电流波形图中的工频载波信号，生成电流有效值运行波形图；

11、对电流波形图、电压波形图和电流有效值运行波形图进行频域转换，得到电流高频频谱图、电流低频频谱图、电压频谱图和电流有效值运行频谱图；基于电流高频频谱图、电流低频频谱图、电流有效值运行频谱图和电压频谱图，提取多个频谱特征及其幅度信息和相位信息；基于多个频谱特征及其幅度信息和相位信息评估电机定子、转子、气隙、轴承和机械故障状态。

12、通过上述技术方案，通过提取多个频谱特征及其幅度信息和相位信息，综合评估电机定子、转子、气隙、轴承和机械故障状态，能够提高故障诊断的精准度和可靠性。

13、可选地，在本发明提供的电机运行故障检测方法中，对采集的三相电流和三相电压进行平滑滤波、指数平滑处理、数据拟合、波形压缩、特征标注和干扰消除处理，得到电流波形图和电压波形图。

14、可选地，在本发明提供的电机运行故障检测方法中，电流低频为0-200hz之间的频率范围，电流高频为0-5000hz之间的频率范围。

15、可选地，在本发明提供的电机运行故障检测方法中，对电流低频频谱图进行特征提取，得到线频的频谱特征信息，基于线频的频谱特征信息提取其幅度信息和相位信息；

16、对电流高频频谱图进行特征提取，得到包含定子槽通过频率、转子条通过频率、线频的奇次谐频、轴承四个组件的特征频率的频谱特征信息，基于轴承四个组件的特征频率的频谱特征信息提取其幅度信息和相位信息；

17、对电压运行频谱图进行特征提取，得到定子槽通过频率的频谱特征信息；

18、对电流有效值运行频谱图进行特征提取，得到包括转频、极通过频率、转速峰及其谐频峰、一半转频的峰值的多个频谱特征信息，基于极通过频率的频谱特征信息提取其幅度信息和相位信息。

19、可选地，在本发明提供的电机运行故障检测方法中，根据提取的频谱特征诊断电机故障类型，电机故障类型至少包括定子电气故障、定子机械故障、气隙静态偏心故障、气隙动态偏心故障、转子不平衡和不对中故障、基础松动故障；

20、根据电机运行状态信息、频谱特征的幅度信息和相位信息诊断电机故障状态，电机故障状态至少包括转子故障状态、轴承故障状态。

21、可选地，在本发明提供的电机运行故障检测方法中，如果频谱特征为电流高频频谱中定子槽通过频率伴随着线频，线频伴随着转频，同时电压高频频谱中存在定子槽通过频率，则确定故障类型为定子电气故障；

22、如果频谱特征为电流高频频谱中定子槽通过频率伴随着线频，线频无转频伴随，同时电压高频频谱中不存在定子槽通过频率，则确定故障类型为定子机械故障；

23、如果频谱特征为电流高频频谱中转子条通过频率伴随着奇次谐频，则确定故障类型为气隙静态偏心故障；

24、如果频谱特征为电流高频频谱中转子条通过频率伴随着奇次谐频，同时线频伴随着转频，则确定故障类型为气隙动态偏心故障；

25、如果频谱特征为电流有效值运行频谱中存在转速峰及其谐频峰，电流高频频谱上存在依次排列的1倍、5倍、7倍的线频，同时电压频谱中不存在转速峰及其谐频峰，则确定故障类型为转子不平衡和不对中故障；

26、如果频谱特征为电流有效值运行频谱中存在一半转频的峰值，同时电压频谱中不存在一半转频的峰值，则确定故障类型为基础松动故障。

27、可选地，在本发明提供的电机运行故障检测方法中，基于电机三相功率信息计算电机负载率，基于负载率确定电机的运行状态是否达到转子评估要求；

28、基于线频和极通过频率之间的幅度差大小评估转子状态，转子状态包括：一个转子条裂纹或断条、两个转子条裂纹或断条、多个转子条裂纹和端环开裂、多个转子条断条和端环开裂；如果电流高频频谱中出现轴承内圈、外圈、保持架、滚动体中一个或多个组件的特征频率值，则根据组件特征频率的幅度信息评估轴承故障程度，特征频率值基于轴承的节圆直径、接触角、滚动体直径、滚动体数四个参数值计算得到。

29、根据本发明的第三方面，提供了一种电机运行故障检测装置，包括：

30、信号采集模块，用于采集电机运行过程中的三相电流和三相电压；

31、信号处理模块，用于基于三相电流绘制电流波形图，基于三相电压绘制电压波形图，基于本发明第一方面提供的电流信号处理方法去除电流波形图中的工频载波信号，生成电流有效值运行波形图；

32、数据分析模块，用于对电流波形图、电压波形图和电流有效值运行波形图进行频域转换，得到电流高频频谱图、电流低频频谱图、电压频谱图和电流有效值运行频谱图，基于电流高频频谱图、电流低频频谱图、电流有效值运行频谱图和电压频谱图，提取多个频谱特征及其幅度信息和相位信息；

33、故障诊断模块，用于基于多个频谱特征及其幅度信息和相位信息评估电机定子、转子、气隙、轴承和机械故障状态。

34、根据本发明提供的电流信号处理方法、电机运行故障检测方法和装置，通过采集电机运行参数并进行电流信号处理，能够在保留故障特征信号的同时有效去除工频载波信号，有助于提高电机运行故障的诊断准确度。通过综合考虑不同频率范围内的信号变化，能够更全面地对电机的定子状态、转子状态、气隙状态、轴承状态和机械状态等多种故障进行评估，具有较强的适用性和普适性。

35、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。