CN114325388B - 一种基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法 - Google Patents

一种基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法 Download PDF

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CN114325388B CN202210131481.4A CN202210131481A CN114325388B CN 114325388 B CN114325388 B CN 114325388B CN 202210131481 A CN202210131481 A CN 202210131481A CN 114325388 B CN114325388 B CN 114325388B
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Abstract

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。

Description

一种基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法
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Ts为间隔对电机电流有效值
Figure BDA0003502808670000021
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ψref；
步骤二、在电机启动转堵检测时，同样以采样周期Ts为间隔对电机电流有效值Isoft(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ψref进行运算得到无量纲向量ψσ及ψσ的2范数||ψσ||2；
步骤四、判断||ψσ||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ψref的构建过程是以采样周期Ts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
Figure BDA0003502808670000031
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
Figure BDA0003502808670000032
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；
Figure BDA0003502808670000033
应用冒泡法求解数组
Figure BDA0003502808670000034
中的非零最大值元素
Figure BDA0003502808670000035
满足：
Figure BDA0003502808670000036
判断
Figure BDA0003502808670000037
是否成立；如果是，则进入下一步；否则，返回上一步重新计算；
预设最大值滤波区间为正偶数P，并且满足：
Figure BDA0003502808670000038
计算
Figure BDA0003502808670000039
和
Figure BDA00035028086700000310
获取[(U+1)Ts,(U+N)Ts]时间内的电流有效值数据，组成数组
Figure BDA00035028086700000311
计算数组平均值
Figure BDA00035028086700000312
和峭度
Figure BDA00035028086700000313
根据数组平均值
Figure BDA00035028086700000314
和峭度
Figure BDA0003502808670000041
获得正常软启动阶段电流三维特征向量
Figure BDA0003502808670000042
前述的基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，步骤二中检测阶段电流三维特征向量ψ的构建过程是以采样周期Ts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Isoft(1)；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{Isoft(i)}，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；Isoft(i)|i≤0＝0；
应用冒泡法求解数组{Isoft(i)}中的非零最大值元素Isoft(U)，满足：Isoft(U)＝max{Isoft(i)}＞0，U∈{k-M+1,k-M+2,…,k-1,k}；
判断
Figure BDA0003502808670000044
是否成立；如果是，则进入下一步；否则，返回上一步重新计算；
预设最大值滤波区间为正偶数P，并且满足：
Figure BDA0003502808670000045
计算
Figure BDA0003502808670000046
和
Figure BDA0003502808670000047
获取[(U+1)Ts,(U+N)Ts]时间内的电流有效值数据，组成数组{Isoft(U+1),Isoft(U+2),…,Isoft(U+N)}，计算数组平均值
Figure BDA0003502808670000048
和峭度
Figure BDA0003502808670000049
根据数组平均值
Figure BDA00035028086700000410
和峭度
Figure BDA0003502808670000051
构造软启动电流三维特征向量
Figure BDA0003502808670000052
前述的基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，在电机正常软启动时，先判断电机运行工况是否发生改变，确认电机没有处于堵转及其他过载等非正常情况之后，再执行采样工作，控制器将软启动阻抗接入电机电源线，电机开始软启动。
前述的基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，在电机启动转堵检测时，先将软启动阻抗接入电机电源线，保证堵转时电流始终处于安全范围。
前述的基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，其特征在于：步骤六中，判断||ψσ||2是否小于等于阈值θ，若不是，则电机处于正常软启动状态，判断软启动定时是否结束，如果是，则控制器短路电机电源线上软启动阻抗，水泵进入正常工作程序；否则，等待。
与现有技术相比，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。本发明的硬件结构简单，只采样分析电流数据，成本低。此外本发明增加软启动阻抗有效限制启动电流，保证堵转时电流始终处于安全范围，保证电机安全可靠；本发明获取软启动电流窗口时间内的电流三维特征向量作为判别依据，算法简单的同时能有效降低误判，提高诊断的可靠性、鲁棒性和抑制干扰的能力。本发明获取工况发生改变(如工作环境改变、电机发生老化等)时的电机软启动电流作为堵转检测的基准参考，能自适应电机工况及参数变化导致的堵转电流漂移。
附图说明
图1是电机软启动电路示意图；
图2是为正常软启动电流和转速时间变化曲线图；
图3是堵转故障时软启动电流和转速时间变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，包括电机正常软启动电流获取算法和电机启动堵转检测算法两部分，电机正常软启动电流获取算法包括如下步骤：
(1)判断电机运行工况是否发生改变(例如工作环境改变以及电机运行时间过长导致老化等)？如果是，则进入步骤(2)；否则，无需设置新的软启动电流参数，退出；
(2)确认电机没有处于堵转及其他过载等非正常情况之后，手动按下正常软启动电流参数获取模式按键，执行软启动电流参数获取程序，进入步骤(3)；
(3)控制器闭合三相电源接触器触点，电机开始软启动。以采样周期Ts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
Figure BDA0003502808670000071
当前采样次数为k，令k＝1；
(4)建立由M个元素构成的软启动电流数组
Figure BDA0003502808670000072
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；
Figure BDA0003502808670000073
(5)应用诸如但不限于冒泡法求解数组
Figure BDA0003502808670000074
中的非零最大值元素
Figure BDA0003502808670000075
满足：
Figure BDA0003502808670000076
Figure BDA0003502808670000077
(6)判断
Figure BDA0003502808670000078
是否成立？如果是，则进入步骤(7)；否则，返回步骤(5)；其中：[]为取整数运算符。
(7)预设最大值滤波区间为正偶数P，并且满足：
Figure BDA0003502808670000079
计算
Figure BDA00035028086700000710
和
Figure BDA00035028086700000711
(8)获取[(U+1)Ts,(U+N)Ts]时间内的电流有效值数据，组成数组
Figure BDA00035028086700000712
计算数组平均值
Figure BDA00035028086700000713
和峭度
Figure BDA00035028086700000714
(9)构造正常软启动阶段电流三维特征向量
Figure BDA00035028086700000715
并保存到内存中，作为电机启动堵转诊断算法的基准参考值。
(10)程序通过声光电等方式指示已成功更新软启动电流参数并断开三相电源接触器触点，电机停机；
(11)程序退出；
电机启动堵转故障诊断算法，包括如下步骤：
(1)进入电机启动堵转故障诊断程序；
(2)控制器闭合三相电源接触器触点，电机开始软启动。以采样周期Ts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Isoft(1)；当前采样次数为k，令k＝1；
(3)建立由M个元素构成的软启动电流数组{Isoft(i)}，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；Isoft(i)|i≤0＝0；
(4)应用诸如但不限于冒泡法求解数组{Isoft(i)}中的非零最大值元素Isoft(U)，满足：Isoft(U)＝max{Isoft(i)}＞0，U∈{k-M+1,k-M+2,…,k-1,k}；
(5)判断
Figure BDA0003502808670000081
是否成立？如果是，则进入步骤(6)；否则，返回步骤(4)；其中：[]为取整数运算符。
(6)预设最大值滤波区间为正偶数P，并且满足：
Figure BDA0003502808670000082
计算
Figure BDA0003502808670000083
和
Figure BDA0003502808670000084
(7)获取[(U+1)Ts,(U+N)Ts]时间内的电流有效值数据，组成数组{Isoft(U+1),Isoft(U+2),…,Isoft(U+N)}，计算数组平均值
Figure BDA0003502808670000085
和峭度
Figure BDA0003502808670000086
(8)构造软启动电流三维特征向量
Figure BDA0003502808670000087
并与ψref运算得到无量纲向量
Figure BDA0003502808670000091
以及ψσ的2范数||ψσ||2；
(9)判断||ψσ||2≤θ(其中θ为很小正阈值，例如：0.05、0.1)是否成立？如果是，进入步骤(12)；否则，进入步骤(10)；
(10)电机处于正常软启动状态，判断软启动定时是否结束？如果是，进入步骤(11)；否则，等待；
(11)控制器闭合并联在软启动阻抗上的常开触点，串联在电源进线上的三相软启动阻抗被短路，电机进入正常工作程序，进入步骤(13)；
(12)控制器断开三相电源接触器触点，报警启动堵转故障，进入步骤(13)；
(13)堵转故障诊断程序退出；
为了进一步的阐述本发明的技术方案，图1所示为电机软启动电路原理图，主要包括常开接触器KM1、电流有效值检测电路、三相软启动阻抗Z、常开接触器KM2、电机、控制器、按键S1、按键S2、按键S3、KM1线圈及驱动电路和KM2线圈及驱动电路。常开接触器KM1用于接通或断开三相380V交流电，其线圈受控制器输出端口Out1控制。当Out1为高电平时，KM1线圈通电，KM1触点闭合。当Out1为低电平时，KM1线圈断电，KM1触点断开。常开接触器KM2用于短路三相软启动阻抗Z，其线圈受控制器输出端口Out2控制。当Out2为高电平时，KM2线圈通电，KM2触点闭合，三相软启动阻抗Z被短接，电机结束软启动，进入全压工作状态。当Out2为低电平时，KM2线圈断电，KM2触点断开，三相软启动阻抗Z接入电源线中，电机处于软启动状态。电流有效值检测电路用于检测电机电流有效值。三相软启动阻抗Z串联在电源线中，用于限制电机的启动电流，实现电机的软启动。开关S1为正常软启动电流参数获取模式按键，连接到控制器输入端口IN1。在电机运行工况发生改变(如工作环境改变、电机老化等)时，手动按下S1，控制器执行正常软启动电流参数获取算法，获取当前工况下电机正常软启动阶段电流有效值的特征向量
Figure BDA0003502808670000101
开关S2为电机运行启动按键，连接到控制器输入端口IN2，用于启动电机运行。当控制器内存中不存在
Figure BDA0003502808670000102
时，S2功能被屏蔽。此时按下开关S2，***会提示用户***中没有保存ψref，用户必须先按下S1执行电机正常软启动电流参数获取算法。当控制器内存中存在ψref的情况下，按下S2正常启动电机。开关S3为停止按键，连接到控制器输入端口IN3。当按下S3时，控制器输出端口Out1和Out2为低电平，KM1线圈和KM2线圈断电，KM1和KM2的触点断开，水泵停止运行。KM1线圈驱动电路用于驱动KM1线圈，受控制器输出端口Out1的控制。当Out1为高电平时，KM1线圈通电；当Out1为低电平时，KM1线圈断电。KM2线圈驱动电路用于驱动KM2线圈，受控制器输出端口Out2的控制。当Out2为高电平时，KM2线圈通电；当Out2为低电平时，KM2线圈断电。控制器通过获取开关S1、S2和S3的开关状态执行不同的功能程序。控制器在发现S1按下时执行正常软启动电流参数获取算法，执行完毕之后，控制器显示已经成功获取软启动电流参数，之后自动停机；当发现S2按下时，在已经获取软启动电流参数的条件下，控制器执行正常的电机运行程序；当发现S3按下时，控制器执行停机操作。
图1所示为电机软启动电路的工作原理如下：⑴***通电处于待机状态时，输出端口Out1和Out2均为低电平。控制器通过键盘扫描程序实时检测按键的状态，在发现S1按下后，控制器执行正常软启动电流参数获取算法。此时，控制器使能软启动定时器运行，用于设定软启动时间。与此同时，控制器输出端口Out1为高电平，KM1线圈通电，KM1的三相触点闭合，380V三相交流电接入电机。由于Out2为低电平，KM2触点保持断开状态，三相软启动阻抗Z串联在电源线上，电机处于软启动状态。控制器通过AD实时采样电流有效值检测电路的值，获取软启动阶段电流随时间的变化关系
Figure BDA0003502808670000111
直至软启动定时结束。通过对软启动阶段电流
Figure BDA0003502808670000112
的分析，获取
Figure BDA0003502808670000113
的峰值
Figure BDA0003502808670000114
的出现时刻
Figure BDA0003502808670000115
及窗口时间
Figure BDA0003502808670000116
内
Figure BDA0003502808670000117
的峭度
Figure BDA0003502808670000118
进而得到正常软启动阶段电流三维特征向量
Figure BDA0003502808670000119
并将该向量值作为电机启动堵转诊断算法的基准参考值存储于处理器的内存中。⑵在基准参考值ψref已经存储于处理器的内存中的条件下，控制器通过键盘扫描程序发现S2按下后，控制器执行电机运行控制算法。控制器使能软启动定时器运行。与此同时，控制器输出端口Out1为高电平，KM1线圈通电，KM1的三相触点闭合，380V三相交流电接入电机。由于Out2为低电平，KM2触点保持断开状态，三相软启动阻抗Z串联在电源线上，电机处于软启动状态。控制器通过AD实时采样电流有效值检测电路的输出值Isoft(t)，通过最大值算法求出Isoft(t)的最大值
Figure BDA0003502808670000121
及其出现时刻
Figure BDA0003502808670000122
计算窗口时间
Figure BDA0003502808670000123
内Isoft(t)的峭度Xr，进而得到电机软启动阶段电流三维特征向量
Figure BDA0003502808670000124
计算ψ与ψref之间的无量纲向量
Figure BDA0003502808670000125
和ψσ的2范数||ψσ||2。其中，||ψσ||2满足：
Figure BDA0003502808670000126
通过判断||ψσ||2与设定的一个很小正阈值参数θ之间的关系(例如θ为0.05或0.1)，进而诊断电机运行是否处于启动堵转故障状态。当满足||ψσ||2≤θ时，认为电机处于启动堵转故障，控制器输出端口Out1为低电平，KM1线圈断电，KM1的三相触点断开，电机停机并报警堵转故障。当||ψσ||2＞θ时，电机处于正常启动状态，其状态一直持续到软启动定时结束。一旦软启动结束时，控制器输出端口Out2为高电平，KM2线圈通电，KM2的三相触点闭合，电机结束软启动状态进入全压正常运行状态。⑶无论控制器是在执行正常软启动电流参数获取算法还是执行电机运行控制算法，只要发现S3按下后，Out1和Out2为低电平，电机立即停机。
图2所示为正常软启动电流和转速时间变化曲线图，定义电机开始运行时刻为零时刻。图中相关参数说明如下：
Figure BDA0003502808670000127
为正常软启动电流随时间t的关系曲线、
Figure BDA0003502808670000128
为正常软启动转速随时间t的关系曲线、
Figure BDA0003502808670000129
为软启动电流
Figure BDA00035028086700001210
的最大值、
Figure BDA00035028086700001211
为
Figure BDA00035028086700001212
达到最大值
Figure BDA0003502808670000131
对应的时间、IN为电机额定电流值、NTs为软启动数据观测窗口时间、N为窗口时间内采样数据的数量、Ts为采样周期、
Figure BDA0003502808670000132
为软启动结束时间。
正常软启动时，已经确保了电机的工况不会出现堵转等情况。软启动开始时，由于电机等效电路的电磁惯性较小，软启动电流从零快速上升到
Figure BDA0003502808670000133
虽然电流在很短的时间内上升到
Figure BDA0003502808670000134
但是由于三相阻抗Z的限流作用，可以控制
Figure BDA0003502808670000135
的大小满足
Figure BDA0003502808670000136
其中：α为大于零的数，具体数值可由实际情况确定。通过控制α的取值，可以保证电机的净启动转矩不至过大也不至过小，实现电机能以一定的加速度正常软启动运行。因电机的净转矩不是很大，加之机械转动惯性远大于电路的电磁惯性，所以电机转速加速度远小于软启动电流上升阶段加速度。因而，在
Figure BDA0003502808670000137
转速很小，可忽略不计。然而，在净转矩的作用下，电机转速持续增加，电机反电动势也持续增大，电流
Figure BDA0003502808670000138
在
Figure BDA0003502808670000139
持续减小，但
Figure BDA00035028086700001310
始终大于IN。因转速和反电动势的持续增加，以及
Figure BDA00035028086700001311
在
Figure BDA00035028086700001312
的持续减小，故
Figure BDA00035028086700001313
下降程度逐渐减小，曲线逐渐平坦。但是，在观测窗口时间
Figure BDA00035028086700001314
内，
Figure BDA00035028086700001315
曲线变化明显。因而，正常软启动的特征可以通过将
Figure BDA00035028086700001316
及以
Figure BDA00035028086700001317
内电流的峭度
Figure BDA00035028086700001318
数据构造三维特征向量
Figure BDA00035028086700001319
来表征。
图3所示为堵转故障时软启动电流和转速时间变化曲线图，定义电机开始运行时刻为零时刻。图中相关参数说明如下：Isoft(t)为堵转故障时软启动电流随时间t的关系曲线、nsoft(t)为堵转故障时软启动转速随时间t的关系曲线、
Figure BDA0003502808670000141
为Isoft(t)的最大值、
Figure BDA0003502808670000142
为Isoft(t)达到最大值
Figure BDA0003502808670000143
对应的时间、
Figure BDA0003502808670000144
为软启动堵转故障电流稳定值、
Figure BDA0003502808670000145
为正常软启动电流的最大值、NTs为软启动数据观测窗口时间、N为窗口时间内采样数据的数量、Ts为采样周期、
Figure BDA0003502808670000146
为软启动结束时间。
当电机堵转时，nsoft(t)与时间轴重合，保持为零，其反电动势为零。由于电机等效电路的电磁惯性较小，软启动时电流从零快速上升，并在
Figure BDA0003502808670000147
时刻到
Figure BDA0003502808670000148
然后稍有下降，并快速达到堵转稳定电流
Figure BDA0003502808670000149
由电机学相关理论知识可知，
Figure BDA00035028086700001410
由于正常软启动
Figure BDA00035028086700001411
时间内电机转速很小，所以
Figure BDA00035028086700001412
与
Figure BDA00035028086700001413
差距很小。而由电机等效电路模型可知，模型中的漏电感和励磁电感很小，电机堵转时软启动的峰值电流
Figure BDA00035028086700001414
与
Figure BDA00035028086700001415
差距同样很小。所以有，
Figure BDA00035028086700001416
的值差距很小，可认为
Figure BDA00035028086700001417
同理，正常软启动电流
Figure BDA00035028086700001418
峰值时间
Figure BDA00035028086700001419
和堵转软启动峰值时间
Figure BDA00035028086700001420
的差距同样很小，可认为
Figure BDA00035028086700001421
但是，图2和图3所示波形曲线在观测窗口时间
Figure BDA00035028086700001422
和
Figure BDA00035028086700001423
内，
Figure BDA00035028086700001424
曲线变化明显，而Isoft(t)变化不明显。通过峭度的定义及数学意义可知，一段区间内变化明显的波形其峭度很大，而变化不明显的波形其峭度很小。所以，
Figure BDA00035028086700001425
远大于Xr，有
Figure BDA00035028086700001426
由上述图1和图2分析可知，电机正常软启动电流
Figure BDA00035028086700001427
和堵转故障软启动电流Isoft(t)存在明显特征：⑴峰值电流
Figure BDA00035028086700001428
有
Figure BDA0003502808670000151
⑵峰值电流对应时间
Figure BDA0003502808670000152
有
Figure BDA0003502808670000153
⑶时间窗口
Figure BDA0003502808670000154
和
Figure BDA0003502808670000155
内峭度差距很大，有
Figure BDA0003502808670000156
因而，在构造正常软启动阶段电流三维特征向量
Figure BDA0003502808670000157
作为基准向量基础上，求解实际工况软启动阶段电流的三维特征向量
Figure BDA0003502808670000158
及无量纲向量
Figure BDA0003502808670000159
通过判断ψσ的2范数||ψσ||2与大于零的很小阈值θ(其中θ很小，例如：0.05、0.1)之间的关系，进而诊断实际工况是否为堵转，实现电机的堵转快速识别和保护，提高电机的工作寿命和安全性。
综上所述，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。

Claims (6)

1.一种基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、在电机正常软启动时，以采样周期Ts为间隔对电机电流有效值
Figure FDA0003887035380000011
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ψref；
步骤二、在电机启动转堵检测时，同样以采样周期Ts为间隔对电机电流有效值Isoft(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ψref进行运算得到无量纲向量ψσ及ψσ的2范数||ψσ||2；
步骤四、判断||ψσ||2是否小于等于阈值θ，若是则认定电机启动堵转故障。
2.根据权利要求1所述的基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，其特征在于：步骤一中的正常软启动阶段电流三维特征向量ψref的构建过程是以采样周期Ts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
Figure FDA0003887035380000012
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
Figure FDA0003887035380000013
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；
Figure FDA0003887035380000014
应用冒泡法求解数组
Figure FDA0003887035380000021
中的非零最大值元素
Figure FDA0003887035380000022
满足：
Figure FDA0003887035380000023
U∈{k-M+1,k-M+2,…,k-1,k}；
判断
Figure FDA0003887035380000024
是否成立；如果是，则进入下一步；否则，返回上一步重新计算；
预设最大值滤波区间为正偶数P，并且满足：
Figure FDA0003887035380000025
计算
Figure FDA0003887035380000026
和
Figure FDA0003887035380000027
获取[(U+1)Ts,(U+N)Ts]时间内的电流有效值数据，组成数组
Figure FDA0003887035380000028
计算数组平均值
Figure FDA0003887035380000029
和峭度
Figure FDA00038870353800000210
根据数组平均值
Figure FDA00038870353800000211
和峭度
Figure FDA00038870353800000212
获得正常软启动阶段电流三维特征向量
Figure FDA00038870353800000213
3.根据权利要求2所述的基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，其特征在于：步骤二中检测阶段电流三维特征向量ψ的构建过程是以采样周期Ts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Isoft(1)；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{Isoft(i)}，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；Isoft(i)|i≤0＝0；
应用冒泡法求解数组{Isoft(i)}中的非零最大值元素Isoft(U)，满足：Isoft(U)＝max{Isoft(i)}＞0，U∈{k-M+1,k-M+2,…,k-1,k}；
判断
Figure FDA0003887035380000031
是否成立；如果是，则进入下一步；否则，返回上一步重新计算；
预设最大值滤波区间为正偶数P，并且满足：
Figure FDA0003887035380000032
计算
Figure FDA0003887035380000033
和
Figure FDA0003887035380000034
获取[(U+1)Ts,(U+N)Ts]时间内的电流有效值数据，组成数组{Isoft(U+1),Isoft(U+2),…,Isoft(U+N)}，计算数组平均值
Figure FDA0003887035380000035
和峭度
Figure FDA0003887035380000036
根据数组平均值
Figure FDA0003887035380000037
和峭度
Figure FDA0003887035380000038
构造软启动电流三维特征向量
Figure FDA0003887035380000039
4.根据权利要求1所述的基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，其特征在于：在电机正常软启动时，先判断电机运行工况是否发生改变，确认电机没有处于堵转非正常情况之后，再执行采样工作，控制器将软启动阻抗接入电机电源线，电机开始软启动。
5.根据权利要求1所述的基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，其特征在于：在电机启动转堵检测时，先将软启动阻抗接入电机电源线，保证堵转时电流始终处于安全范围。
6.根据权利要求1所述的基于软启动电流特征的电机启动堵转故障诊断方法，其特征在于：步骤六中，判断||ψσ||2是否小于等于阈值θ，若不是，则电机处于正常软启动状态，判断软启动定时是否结束，如果是，则控制器短路电机电源线上软启动阻抗，水泵进入正常工作程序；否则，等待。
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