技术摘要：
本发明属于故障诊断技术领域，公开了一种基于定子电流绝对相位的感应电机转子断条故障检测方法，采集三相异步电机的三相电流信号；并对采集的数据进行预处理，分别去除电流信号序列的直流分量，并将每一路电流信号幅值进行归一化，得到三个离散时间序列；对得到的离散  全部
背景技术：
目前，感应电机作为一个驱动部件广泛应用于工业设备中。在那些比较依赖感应 电机的关键应用中，电机的故障会造成的非常昂贵的停机损失。针对这一问题，近十年来， 为了防止电机故障造成昂贵的经济损失，人们研究了状态监控与故障诊断技术。电机转子 断条是一种常见的故障，经常会造成电机的意外故障，造成生产效率的损失。近年来，这类 故障得到了越来越多的研究，迫切的需要开发先进的诊断技术，允许在线检测并能够准确 的诊断电机早期故障，以避免严重的意外停机。 电流特征分析(MCSA)作为一种应用广泛的感应电机故障诊断方法，为实现连续监 测和检测早期故障提供了一种实用的解决方案。与常见的基于加速度的故障诊断方法相 比，MCSA方法能够在不使用额外传感器和其他硬件的条件下进行信号采集，并且这种采集 方式具有非侵入性，对电机的运行特性影响较小。 基于频域分析的MCSA技术作为一种主流技术，已被广泛地应用于检测电机转子断 条故障和端环故障。基于频域分析的MCSA技术是针对定子电流信号直接进行频域分析，从 频谱中寻找能够反映感应电机转子断条的故障特征频率(1±2sk)f0(s为转子转差，f0为电 源频率，k为谐波阶次)。然而，基于频域分析的MCSA技术往往不能得到较好的结果，其的缺 点在于，电机转子断条故障特征频域与电流的工频接近，效果受到工频频谱泄露的严重影 响。有研究通过滤波器滤除电流信号中的工频，但是效果较差。 通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中，感应电机转子断条故 障诊断方法受到电流中工频和噪声的影响较大，无法确定感应电机转子断条故障特征频率 数据信息。通过带阻滤波的方式滤除工频成分的方法很难将发挥有效的作用。 解决以上问题及缺陷的难度为：要解决这一问题，需要将电流信号中的工频消除。 通过滤波器的方式消除工频的方法效果较差，需要探索新的消除工频的方法。 解决以上问题及缺陷的意义为：通过消除电流信号的工频，使得电流信号中只保 留与电机故障直接相关的故障特征频率分量，通过简单的谱分析便可发现明显的故障特 征，对有效监测电机转子断条故障有重要的应用价值。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于定子电流绝对相位的感应电机 转子断条故障检测方法。 本发明是这样实现的，一种基于定子电流绝对相位的感应电机转子断条故障检测 方法，包括： 步骤一，采集数据，同时采集三相异步电机的三相电流信号Isa、Isb和Isc； 5 CN 111579990 A 说　明　书 2/9 页 步骤二，对步骤一采集的数据进行预处理，分别去除电流信号序列Isa、Isb和Isc的 直流分量，并将每一路电流信号幅值进行归一化，得到三个离散时间序列Xa、Xb和Xc； 步骤三，对步骤二得到的离散时间序列Xa、Xb和Xc分别求导，得到序列Xa’、Xb’和 Xc’； 步骤四，构造向量，对任意t＝ti时刻，令向量a＝(1,1,1)，并构造向量Xi＝[Xa(ti) Xb(ti)Xc(ti)]和向量Xi’＝[Xa’(ti)Xb’(ti)Xc’(ti)]；其中i＝1,2,3,…,N，N为采样点数； 步骤五，取平方，对于每一个t＝ti时刻，计算X 2i ，得到包含交流电的幅值信息的序 列A(ti)； 步骤六，计算三重积，对于每一个ti时刻，计算三个向量的三重积aXiXi’，得到序列 p(ti)； 步骤七，计算绝对相位，通过对p(ti)序列进行去均值，并除以 再进行积 分，得到信号序列Q(ti)，信号序列Q(ti)即为三相电流信号Isa、Isb和Isc的绝对相位； 步骤八，进行频域分析，对绝对相位Q(ti)进行频域分析得到三相异步电机转子断 条的故障特征频率。 进一步，步骤一中，所述数据采集包括：通过设置采样频率，对三路电流信号进行 数据采集；得到电流信号序列Isa、Isb和Isc。 进一步，步骤二中，所述数据预处理方法包括： (1)去均值：去除所采集的电流信号中包含的直流分量； Im＝Ism-mean(Ism) 其中mean(I)为计算电流序列I的均值，m分别为a，b，c； (2)幅值归一化：将采集的每一路的电流信号除以对应电流序列的最大值进行幅 值归一化； 其中max(I)为取电流序列I中的最大值，m分别为a，b，c。 进一步，步骤三中，所述求导公式为： fs为采样频率，m分别为a，b，c。 进一步，步骤四中，所述向量构造公式为： a＝[1  1  1], Xi＝[Xa(ti)  Xb(ti)  Xc(ti)], Xi′＝[Xa′(ti)  Xb′(ti)  Xc′(ti)]. 其中i＝1,2,3,…,N，N为采样点数。 进一步，步骤五中，所述取平方公式为： X 2＝X 2(t ) X 2(t ) X 2i a i b i c (ti) A(ti)＝X 2i 其中i＝1,2,3,…,N，N为采样点数。 6 CN 111579990 A 说　明　书 3/9 页 进一步，步骤六中，所述三重积计算公式为： 构成向量p(ti)，其中i＝1,2,3,…,N，N为采样点数。 进一步，步骤七中，所述绝对相位计算方法为： 1)去均值：除去序列p(ti)中的直流分量，得到序列p1(ti)； p1(ti)＝p(ti)-mean[p(ti)] 2)对于每一个时刻t＝ti，序列p1(ti)除以 得到序列p2(ti) 3)积分：对p2(ti)积分，所得的序列Q(ti)即为定子电流的绝对相位； 进一步，步骤八中，所述频域分析方法包括： 对定子电流绝对相位Q(ti)进行频谱分析，得到三相异步电机转子断条的故障特 征频率2sf0；其中f0为电机的输入电流频率。 本发明的另一目的在于提供一种基于定子电流绝对相位的感应电机转子断条故 障检测系统包括： 数据预处理模块，用于采集三相异步电机的三相电流信号，并进行预处理，分别去 除电流信号序列的直流分量，并将每一路电流信号幅值进行归一化，得到三个离散时间序 列； 序列求导模块，用于对得到的离散时间序列分别求导； 交流电幅值信息序列获取模块，用于构造向量，取平方，得到包含交流电的幅值信 息的序列； 三重积计算模块，用于计算三重积，对于每一个时刻，计算三个向量的三重积； 三相电流信号绝对相位获取模块，用于计算绝对相位，对所述绝对相位进行频域 分析得到三相异步电机转子断条的故障特征频率。 本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程 序使电子设备执行所述基于定子电流绝对相位的感应电机转子断条故障检测方法，包括： 步骤1，采集数据，同时采集三相异步电机的三相电流信号Isa、Isb和Isc； 步骤2，对步骤1采集的数据进行预处理，分别去除电流信号序列Isa、Isb和Isc的直 流分量，并将每一路电流信号幅值进行归一化，得到三个离散时间序列Xa、Xb和Xc； 步骤3，对步骤2得到的离散时间序列Xa、Xb和Xc分别求导，得到序列Xa’、Xb’和Xc’； 步骤4，构造向量，对任意t＝ti时刻，令向量a＝(1,1,1)，并构造向量Xi＝[Xa(ti)Xb (ti)Xc(ti)]和向量Xi’＝[Xa’(ti)Xb’(ti)Xc’(ti)]；其中i＝1,2,3,…,N，N为采样点数； 步骤5，取平方，对于每一个t＝ti时刻，计算X 2i ，得到包含交流电的幅值信息的序 列A(ti)； 7 CN 111579990 A 说　明　书 4/9 页 步骤6，计算三重积，对于每一个ti时刻，计算三个向量的三重积aXiXi’，得到序列p (ti)； 步骤7，计算绝对相位，通过对p(ti)序列进行去均值，并除以 再进行积 分，得到信号序列Q(ti)，信号序列Q(ti)即为三相电流信号Isa、Isb和Isc的绝对相位； 步骤8，进行频域分析，对绝对相位Q(ti)进行频域分析得到三相异步电机转子断 条的故障特征频率。 本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包 括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述基于定子电流 绝对相位的感应电机转子断条故障检测方法。 本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于定子电流绝对相位的感应电机转 子断条故障检测方法的感应电机。 结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明公开了一 种基于定子电流绝对相位的感应电机转子断条故障检测方法，通过解算出定子电流信号中 的绝对相位，对绝对相位进行谱分析，从而找到转子断条的故障特征频率。 本发明可以求解出定子电流的绝对相位，电流工频信号被去除，感应电机的故障 特征频率被提取，故障特征频率更加明显，可以有效的检测转子断条的故障特征频率分量， 图8的实验结果证明了本发明的效果。 本发明与基于电流信号频谱分析的方法相比，在电机负载较小时，依然有较好的 诊断效果，图9的实验结果反映了在较小负载下，基于定子电流绝对相位的方法比基于电流 信号谱分析方法更有效。 本发明相比直接对电流信号进行频域分析的传统方法相比不仅有较强的抗噪声 干扰能力，而且在很低的采样频率下依然有效，图10通过实验数据验证了本发明的这一特 点。 本发明原理简单、计算量小、对设备的数据存储和计算能力要求不高，能够实现电 机转子断条的在线检测，诊断电机早期故障。 本发明可操作性强，作为一种MCSA方法能够以非侵入的方式进行三相异步电机转 子断条的故障诊断。 结合实验或试验数据和现有技术对比得到的效果和优点：从图8-10中可以看出， 基于绝对相位的感应电机转子断条故障检测方法与基于频域分析的MCSA方法相比，故障特 征频率更加明显，在电机负载较小时依然有较好的诊断效果，在很低的采样频率下依然有 效等特点。 附图说明 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使 用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的 附图。 图1是本发明实施例提供的基于定子电流绝对相位的感应电机转子断条故障检测 方法流程图。 8 CN 111579990 A 说　明　书 5/9 页 图2是本发明实施例提供的基于定子电流绝对相位的感应电机转子断条故障诊断 原理图。 图3是本发明实施例提供的基于定子电流绝对相位的感应电机转子断条故障诊断 公式示意图。 图4是本发明实施例提供的数据采集得到的三相定子电流的时域波形示意图。 图5是本发明实施例提供的数据预处理后得到的电流信号的时域波形示意图。 图6是本发明实施例提供的计算三重积后得到的信号序列的时域波形示意图。 图7是本发明实施例提供的绝对相位信号的时域图。 图8是本发明实施例提供的绝对相位信号的频域图。 图9是本发明实施例提供的绝对相位法与传统方法的效果对比图。 图10是本发明实施例提供的低采样频率下的效果图。