[发明专利]一种基于三相瞬时功率的电主轴故障监测诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于三相瞬时功率的电主轴故障监测诊断方法，属于电主轴故障检测技术领域，该方法利用三相瞬时功率的信号解调性质和三相对称特性，对电主轴稳定运行时的三相输入电压和三相定子电流信号进行采集，并计算得到三相瞬时功率信号，通过组合滤波器的设计消除电源频率调制和转频倍频对监测诊断结果的影响，根据运行过程中的三相瞬时功率信号的均值和RMS值与标准参考值的比较来确定电主轴是否有故障发生，根据频谱分析中故障特征频率的产生确定故障类型，实现对电主轴故障的监测和诊断。本发明信号采集、处理过程简单，可有效监测电主轴的轴承磨损和转子断条故障，适用于工业现场对电主轴的状态监测和故障诊断。

主权项

一种基于三相瞬时功率的电主轴故障监测诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集健康电主轴在空载运行状态下的三相电压、三相电流信号，并计算得到健康电主轴的三相瞬时功率信号，设定该状态下的三相瞬时功率信号作为标准，建立健康状态下的电主轴运行数据库；其中，三相瞬时功率信号为三个单相瞬时功率之和，且采集的各相电压、各相的电流幅值、频率相等，相位相差120°；由于三相对称特性，单相瞬时功率信号中的2倍转频分量抵消，信号中只有表示有功功率的直流分量，表达方式如下：式中：P3——电主轴的三相瞬时功率/W；PA——电主轴A相的瞬时功率/W；PB——电主轴B相的瞬时功率/W；PC——电主轴C相的瞬时功率/W；Um——电主轴三相电压的有效值/V；Im——电主轴三相电流的有效值/V；——电主轴三相电流的初始相位/rad；2)启动机床，稳定运行后采集待测电主轴在空载状态下的三相电压、三相电流信号，并通过计算得到待测电主轴的三相瞬时功率信号；3)通过组合滤波器对待测电主轴的三相瞬时功率信号进行滤波处理，消除2倍电源频率调制信号及转频倍频的干扰；组合滤波器为椭圆低通滤波器和多个陷波器，通过椭圆低通滤波器滤除待测电主轴三相瞬时功率信号的高频噪声，通过多个陷波器串联滤除待测电主轴三相瞬时功率信号的2倍电源频率调制分量和转频的2倍频及其谐波分量；4)对滤波处理后的待测电主轴的三相瞬时功率信号进行时域分析，如果滤波处理后的三相瞬时功率信号的RMS值小于其设定波动阈值，则将滤波处理后的三相瞬时功率信号的均值与有功功率阈值相比，如果其均值小于有功功率阈值，则判定待测电主轴处于健康状态，反之，判定待测电主轴的轴承磨损；如果滤波处理后的三相瞬时功率信号的RMS值大于其设定波动阈值，则对滤波处理后的三相瞬时功率信号进行频谱分析，如果有故障特征频率2ksf1产生，则判定待测电主轴的转子断条，反之，判定待测电主轴处于健康状态，其中，s——电主轴的转差率；k——三相电流的阶次；f1——电主轴的转频/Hz。