[发明专利]一种基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，本发明通过检测电机软启动特定时间窗口内电流序列，并与正常软启动特定时间窗口内参考电流序列进行关联度分析，依据得出的电流三维特征向量判断电机是否存在堵转故障。本发明提出的电机启动堵转判断方法将电机运行工况发生改变时的正常软启动特定时间窗口内电流序列作为基准参考序列，能有效提高该算法适应不同工况环境以及抑制电机老化导致参数漂移的能力。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法。

背景技术

电机作为动力来源，被广泛使用在各行各业，如各种机床、电动汽车、高铁机车、工厂动力设备、给排水设备、电梯、电风扇、空调等等。由于电机应用的工况条件复杂以及保护措施不完善，经常遇到电机转子被堵转的情况，例如电机转子上传动机构被抱死或者变速齿轮因异物或故障导致堵转、电梯传动链条被卡死、传送装置的皮带卡住、水泵流体介质结冰或者泥沙堵转等等。一旦发生堵转，电机的电流急剧上升，其远大于额定工作电流，甚至能达到额定电流的十几倍。巨大的电流导致电机功耗急剧增加，电机内部的温度快速上升，电机线圈绝缘漆损坏，导致电机内部短路，进一步增大的电机的电流，严重时甚至会引起火灾。目前，现有文献中给出的堵转检测技术普遍采用检测电机转速、电机反电动势、电机内部温度以及电机电流等方案。采用电机转速和电机内部温度来检测堵转方案，需要在电机的内部或者转轴上增加检测元件，导致电机结构复杂，进而影响整个电机的设计和制造工艺，增加成本和复杂性。采用反电动势方案检测堵转，一方面需要准确可靠的数学模型通过反电动势计算出转速；另一方面，当转速较低时，反电动势的值较小，采样得到的数据信噪比不高，容易受到噪声的干扰，需要复杂的信号处理方法，导致软件算法复杂，成本高。采用电流检测堵转，由于获取数据方面，无需改变结构而广泛使用。但现有方案往往只是检测电流的峰值大小来判断是否发生堵转，通过与出厂前测试获得的电机堵转电流参考值进行比较，进而判断水泵是否发生启动堵转。该方案主要存在以下问题：其一，电机老化及工作环境的差异等原因导致堵转电流漂移；其二，仅依靠启动电流峰值单点参数判断，会导致的误判及失效，降低判断的可靠性、鲁棒性和抑制干扰的能力。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法。本发明具有判断准确，结构简单，成本低廉的优点。

本发明的技术方案：一种基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，包括如下步骤：

步骤一、在电机正常软启动时，以采样周期T_s为间隔对电机电流有效值进行采样，利用采样数据构造正常软启动阶段电流三维特征向量ψ_ref；

步骤二、在电机启动转堵检测时，同样以采样周期T_s为间隔对电机电流有效值I_soft(t)进行采样，利用采样数据构造检测阶段电流三维特征向量ψ；

步骤三、将检测阶段电流三维特征向量ψ与正常软启动阶段电流三维特征向量ψ_ref进行运算得到无量纲向量ψ_σ及ψ_σ的2范数||ψ_σ||₂；

步骤四、判断||ψ_σ||₂是否小于等于阈值θ，若是则认定电机启动堵转故障。

上述的基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，步骤一中的正常软启动阶段电流三维特征向量ψ_ref的构建过程是以采样周期T_s为间隔开始对软启动电流有效值传感器进行采样，将第一次采样值标记为当前采样次数为k，令k＝1；

建立由M个元素构成的软启动电流数组其中i＝{k-M+1,k-M+2,…,k-1,k}，M为预先设定的大于2的正整数，k为当前采样次数；

应用冒泡法求解数组中的非零最大值元素满足：