[发明专利]一种变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法

说明书

本发明公开了一种变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法，包括如下步骤：采集异步电机三相定子电流信号i_a、i_b、i_c；对三相定子电流进行Park变换和Clarke变换，得到d‑q坐标系下的d轴和q轴定子电流i_d、i_q；对q轴定子电流分量i_q做快速傅里叶变换得到其频谱；设定轴系关键参数计算轴系扭振固有频率；计算q轴定子电流分量i_q中频率在轴系扭振固有频率附近且绝对值最大的分量和频率在0Hz附近的绝对值最大的分量的比值；对该比值进行判定，超过一定阈值时视为发生扭振故障。本发明的有益效果为：从电气侧着手，对三相定子电流进行分析，监测指标简单，便于操作；不需要借助现有或者额外的机械设备，不影响转轴正常运转，适合进行长期监测。

技术领域

本发明涉及旋转机械故障诊断方法领域，尤其是一种变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法。

背景技术

旋转机械在电力、能源、化工、国防等领域内发挥着无可替代的重要作用。其中，泵与风机等旋转机械多由异步电机带动。近年来，从调速节能的角度出发，变频器驱动电机已经成为一种应用日益广泛的电机驱动方式。

使用变频器驱动电机，可以通过调整电机转速适应负载变化的情况，有效减小节流损失，带来可观的经济效益。但由于异步电机由带有频率丰富的谐波的交流电进行驱动，其中频率与轴系扭振固有频率重合的谐波可能导致扭振故障。扭振故障将使得轴系承受大幅交变应力，严重影响设备安全性。在由变频器驱动异步电机带动其他旋转机械工作时，应对轴系扭振故障进行监测，确保设备安全运行。

目前监测扭振的技术主要可以分为接触式和非接触式方法。接触式扭振监测方法在转轴上架设应变片等形式的传感器，使得应变片测量轴上的剪应变，通过剪应变的变化情况来反应轴的扭振情况。接触式扭振监测方法需要再轴上额外架设设备，因此不一定适用于所有场合。非接触式扭振监测方法一般采用测齿法，利用轴上的测速齿轮盘或其他现有设备，通过测量角度的不均匀性来实现扭振监测。该方法无需在轴上另外架设设备，不影响轴的正常运行，因此适合长期监测。但该方法存在对等分机构要求很高、信号的提取和分析复杂等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法，不需要在转轴上额外架设设备，有效对轴系扭振故障进行监测，适合进行长期监测。

为解决上述技术问题，本发明提供一种变频调速驱动下的旋转机械轴系扭振故障监测方法，包括如下步骤：

(1)采集异步电机三相定子电流信号i_a、i_b、i_c；

(2)对三相定子电流进行Park变换和Clarke变换，得到d-q坐标系下的d轴和q轴定子电流i_d、i_q；

Park变换将三相a-b-c坐标系中的电流、电压、磁链等电磁量转换到静止的两相d-q坐标系中，ds和qs为静止d-q坐标系坐标轴，电磁量变换如式(1)所示：

Clarke变换将静止的两相d-q坐标系中电磁量转换到旋转的两相d-q坐标系中，坐标系旋转速度为电机的同步转速，因此该旋转坐标系也称为同步坐标系；ds和qs为静止d-q坐标系坐标轴，de和qe为旋转d-q坐标系坐标轴，θ＝wt，w为同步转速，电磁量变换如式(2)所示：

将Park变换和Clarke变换相结合，将三相a-b-c坐标系中的电磁量转换到以同步转速旋转的两相d-q坐标系中，电磁量变换如式(3)所示：