CN110542858A - 一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法 - Google Patents

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许浩
高志宇
童志刚
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Abstract

本发明涉及一种采用非侵入式能够在线监测异步电动机转子初发故障的检测方法，属检测技术领域。为了实现异步电动机转子初发故障的有效检测，提高电机***的安全性、可靠性以及运维效率，本发明公开了一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法。该方法以电机定子电压/电流作为故障检测的信息源，然后通过数据采集卡的采集后，送到基于Labview为核心的上位机软件操作***中进行分析，即可实现电压/电流信号实时采集、故障检测与识别、远程在线监控等功能。本发明解决传统转子故障检测方法存在的问题的同时，也推动故障检测技术向实时、在线、远程移动的智能化检测方向发展。

Description

一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种采用非侵入式能够在线监测异步电动机转子初发故障的检测方法，属检测技术领域。
背景技术
异步电动机发生转子故障后，不但在机械结构上产生了偏差，而且还通过电磁耦合作用将故障信息传递到了气隙磁链、定子电流、电磁转矩以及转速等信号中。进而，产生了多种多样的故障检测方法，如电磁转矩检测法、定子残余电压检测法、转速检测法、振动检测法、气隙磁链检测法、定子电压/电流检测法等。其中，电磁转矩/转速检测法需要安装昂贵的转矩/转速传感器，不但增加了***的成本和复杂度，而且施工难度和现场条件都会限制其使用范围。定子残余电压检测是一种离线检测方法，无法实现在线检测。气隙磁链检测法需要在电机内部安装探测线圈，不但停机时间长，而且施工难度大。振动信号检测法是另一种有效方法，但是该方法不但要增加额外的传感器同时也容易受其他机械故障的干扰。
定子电流是除磁通外最能反映转子故障的量，并且基于该信号的检测方法(MCSA)可做成非侵入方式，具有易实现、费用低廉等优点，代表了电机故障诊断未来的发展方向。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法，以LabVIEW作为软件开发平台，采用模块化编程的思想，实现异步电动机转子故障在线检测。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在开始检测转子故障前配置采集卡驱动，然后创建信号采集任务，配置初始化采样参数；
步骤2：数据采集模块完成对信号的采集与处理后，通过LabVIEW中的波形图控件对信号进行实时显示；
步骤3：选择相应的检测算法对电压/电流信号进行运算，提取出故障特征量；
步骤4：根据波形图控件的显示结果和所采用算法的检测原理判断转子是否发生故障，输出诊断结果。
所述步骤1包括，利用DAQ Create Channel函数创建信号采集任务，对信号采样频率、采样模式和每通道采样数进行初始化设置。
所述步骤2，数据采集模块添加While循环结构。
所述步骤3的检测算法包括快速傅里叶变换、希尔伯特变换和PARK矢量算法。
所述步骤3通过LabVIEW中的选项卡控件选择检测算法，当一种方法检测不理想时采用另一种或几种检测方法协同检测。
所述步骤4通过LabVIEW中的Web发布工具进行网页发布，实现远程在线检测。
本发明的有益效果是：对定子电压/电流信号进行实时的采集、分析，能够实现故障检测与识别以及远程在线监控等功能；解决传统转子故障检测方法存在的问题的同时，也推动故障检测技术向实时、在线、远程移动的智能化检测方向发展。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的检测方法流程图；
图2是本发明的数据采集模块工作流程图；
图3是本发明的转子故障检测分析流程图。
具体实施方式
本发明具体实施方式提供了一种非侵入式异步电动机初发故障检测方法，所述方法如下：
信号采集与调理设备采集电机的电压/电流信号后，将转换后的标准电压/电流信号传送到数据采集卡中，再通过无线通讯的方式将信号传输给计算机，计算机上的软件操作***主要包括信号实时采集、算法实时分析以及结果实时显示等功能。同时，检测***的软件平台发布到云端，可让用户进行远程检测监控。本实施例中的电压和电流信号，即异步电动机定子输入端的电压和电流信号，可利用电流钳、霍尔传感器等进行采集，因而无需侵入电动机壳体，具有较强的便捷性和实用性。
如图1所示的一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在开始检测转子故障前配置采集卡驱动，然后创建信号采集任务，配置初始化采样参数；
步骤2：数据采集模块完成对信号的采集与处理后，通过LabVIEW中的波形图控件对信号进行实时显示；
步骤3：选择相应的检测算法包括快速傅里叶变换、希尔伯特变换和PARK矢量算法，对电压/电流信号进行运算，提取出故障特征量；
步骤4：根据波形图控件的显示结果和所采用算法的检测原理判断转子是否发生故障，输出诊断结果。将检测结果及时地反馈给用户。
如图2所示的数据采集模块的流程图，在采集信号前需要配置好NI采集卡的驱动，利用DAQ Create Channel函数创建信号采集任务，对信号采样频率、采样模式和每通道采样数进行初始化设置。而采集过程则主要通过DAQ Timing和DAQ Read等函数来完成。其中，DAQ Timing函数的作用是设置采样频率、每通道采样数、采样模式以及接线端等参数，DAQRead函数则用来完成读取数据的功能。最后，在模块外添加上While循环结构，以保证能够实现连续采集信号并实时显示波形的功能。
如图3所示的转子故障检测的流程图，通过LabVIEW中的选项卡控件选择检测算法，当一种方法检测不理想时采用另一种或几种检测方法协同检测，检测算法包括快速傅里叶变换、希尔伯特变换、PARK矢量算法。这些算法均具有较小的计算量，以满足在线实时检测的要求。
快速傅里叶变换直接采用labVIEW中的“FFT频谱”子VI来实现。
希尔伯特变换的实现需要首先将信号的数据类型从内容为波形（DBL）的1D数组数据类型，转化为内容为双精度（DBL）1D数组类型，然后利用“Hilbert变换”子VI以及平方和模块的运算得到解析信号模的平方，接着通过连续两次Hilbert变换后取负数的操作来滤除直流分量；最后对其进行FFT分析得到解析信号平方模的频谱，并采用波形图控件进行实时显示。
PARK矢量算法的实现需要首先利用“索引数组”以及“波形获取”这两个子VI得到波形的时间间隔与返回波形的数据值。然后根据PARK变换的数学公式将三相定子电流信号变换到两相坐标系下，得到电流信号Id和Iq。最后利用“捆绑”子VI将信号捆绑成为簇元素，并传输到XY图中实时显示其轨迹形状。
通过LabVIEW中的Web发布工具进行网页发布，用户只需输入给定的网址，即可在电脑端或手机端实现远程在线的功能。
本发明使用时，只需按照以下步骤进行即可：
（1）检测人员远程登录工业平板电脑端软件操作***的登录界面，输入用户名和密码，进入操作界面；
（2）创建信号采集任务，设置相关采集参数，如采样模式、采样频率、采样点数等；
（3）按下软件操作***的启动按钮，开始对信号进行检测；
（4）通过界面的选项卡控件选择相应的检测算法；
（5）根据算法分析模块所显示的图形，结合算法相应的检测原理，判别异步电动机是否存在转子故障。
以上所述仅是本发明的若干优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在开始检测转子故障前配置采集卡驱动，然后创建信号采集任务，配置初始化采样参数；
步骤2：数据采集模块完成对信号的采集与处理后，通过LabVIEW中的波形图控件对信号进行实时显示；
步骤3：选择相应的检测算法对电压/电流信号进行运算，提取出故障特征量；
步骤4：根据波形图控件的显示结果和所采用算法的检测原理判断转子是否发生故障，输出诊断结果。
2.根据权利要求1所述的一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法，其特征在于：所述步骤1包括，利用DAQ Create Channel函数创建信号采集任务，对信号采样频率、采样模式和每通道采样数进行初始化设置。
3.根据权利要求1所述的一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法，其特征在于：所述步骤2，数据采集模块添加While循环结构。
4.根据权利要求1所述的一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法，其特征在于：所述步骤3的检测算法包括快速傅里叶变换、希尔伯特变换和PARK矢量算法。
5.根据权利要求1所述的一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法，其特征在于：所述步骤3通过LabVIEW中的选项卡控件选择检测算法，当一种方法检测不理想时采用另一种或几种检测方法协同检测。
6.根据权利要求1所述的一种非侵入式异步电动机转子初发故障检测方法，其特征在于：所述步骤4通过LabVIEW中的Web发布工具进行网页发布，实现远程在线检测。
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