[发明专利]一种高可靠性地检测笼型异步电动机转子断条故障的方法

权利要求书

1.一种高可靠性地检测笼型异步电动机转子断条故障的方法，其特征是，它首先对按一定频率采集的三相定子电流信号应用派克变换、滤除其直流分量，并应用希尔伯特变换简化其频率组成；继而应用ESPRIT旋转不变信号参数估计技术进行频谱分析，获得ESPRIT频谱图；最后根据ESPRIT频谱图中是否存在2sf₁分量、4sf₁分量谱峰判断转子断条故障发生与否。

2.根据权利要求1所述高可靠性地检测笼型异步电动机转子断条故障的方法，其特征是，它包括以下步骤：

a. 测取三相定子电流瞬时信号i_A、i_B、i_Ｃ；

对于高压电机，采用三只电流钳在电流互感器二次侧测取三相定子电流瞬时信号；对于低压电机，采用三只电流钳直接在电机接线端子处测取三相定子电流瞬时信号；

b. 采用单工频周期滑动窗方法计算A相定子电流瞬时信号的有效值                                                ，通过分析有效值的变化趋势，提取其最平稳亦即波动最小的一段数据，记为i_AS，

c. 提取B、C相定子电流瞬时信号中与i_AS处于同一时间区段的数据，记为i_BS、i_ＣS；

d. 计算三相定子电流瞬时信号i_AS、i_BS、i_ＣS的派克变换、；

e. 滤除中的直流分量，获得信号M_d，M_d=-mean()，mean()表示的平均值；

f. 滤除中的直流分量，获得信号M_q，M_q=-mean()，mean()表示的平均值；

g. 根据下式计算M_q的希尔伯特变换H(M_q)：

，

h. 根据下式构造一新信号N_L：

；

i. 根据下式计算M_d的希尔伯特变换H(M_d)：

；

j. 根据下式构造一新信号N_R：

；

k. 应用ESPRIT分别对信号N_L、N_R进行频谱分析，获得2个ESPRIT频谱图；

l. 根据这2个ESPRIT频谱图中是否存在2sf₁分量、4sf₁分量谱峰判断转子断条故障发生与否：若同时存在2sf₁分量、4sf₁分量谱峰，则转子断条，否则转子正常。

3.根据权利要求2所述高可靠性地检测笼型异步电动机转子断条故障的方法，其特征是，采用单工频周期滑动窗方法计算A相定子电流瞬时信号的有效值的方法是：

选取A相定子电流瞬时信号i_A中的连续20点，计算其有效值 ；对于所选取的i_A中的连续20点，保留后19点，顺序递补i_A中的后面一点，即第21点，从而再次获得i_A中的连续20点，再次计算其有效值，以此类推，确定i_A的有效值变化趋势。

4.根据权利要求3所述高可靠性地检测笼型异步电动机转子断条故障的方法，其特征是，所述三相定子电流瞬时信号i_A、i_B、i_Ｃ的采样频率设定为1000Hz、采样时长设定为10s ，从中提取的最平稳的一段数据的时长为4s。

5.根据权利要求4所述高可靠性地检测笼型异步电动机转子断条故障的方法，其特征是，应用ESPRIT对信号进行频谱分析的方法是：

a.构造相关矩阵、，具体如下；

不失一般性，待分析信号可以表示为一系列余弦谐波分量之组合，如下式所示：

，

其中，表示采样周期；表示采样点数；表示谐波个数；、、分别表示第个谐波的幅值、频率、初相角；

此处，待分析信号主要包括2个频率分量，即p ≈ 2；

定义，引入以下阶矩阵（m应远大于p，此处取m=20）：

，

，

则的自相关矩阵为；

，

而和的互相关矩阵为

，

式中，表示数学期望，表示共轭转置；

b 对进行特征值分解，确定其最小特征值；

c 计算，表示阶单位阵；

d 计算，为阶阵，，此处，表示阶单位阵；

e 对进行奇异值分解，此处，，式中，由个主奇异值组成，；

f 计算矩阵；

g 对进行广义特征值分解，确定个广义特征值，其余个广义特征值恒等于0；

h 根据广义特征值，确定采样信号各个分量的频率，、分别表示特征值的虚部、实部；

i 计算矩阵；

j 计算矩阵，此处为一列矢量，而为列矢量；

k 确定采样信号各个分量的幅值， 。