[发明专利]用于监测机电系统的状况方法和设备

说明书

技术领域

本发明关于用于监测机电系统的状况的方法、设备和计算机程序，其中使用电旋转机器并且其中在机电系统的操作期间测量至少一个电信号。

背景技术

状况监测技术经常基于使用例如加速计的壳安装的振动换能器测量的振动信号的测量和后续分析。与使用壳安装的振动换能器关联的主要问题涉及在测量的振动取决于从振动源到换能器的传输路径时它们的安装。在一些情形中，振动信号中的细微细节可通过传输路径而衰减，从而导致失去缩小机器状况的指标。因为换能器位置中小的改变可以导致记录不同的振动信号，这些传输路径效应还意味着壳安装的振动换能器典型地永久固定到结构。当设备位于不友好环境中时，这些换能器的性能可随时间而下降。壳安装的振动换能器还特别对环境噪声敏感。尽管壳安装的振动换能器未典型地妨碍设备件的正常运行，在许多情况下，需要特殊布置来将它们安装在设备件上。例如，需要将许多振动换能器安装在平坦表面上、接近振动源。此外，这些换能器典型地是单向的，并且这样的多个换能器必须获得足够的信息来关于设备件的状况作出确信的决定。

电动机和发电机，或更一般地，电旋转机器经常形成机电系统的关键部件。近年来，可从将电旋转机器连接到电源的电力电缆测量的电流的分析已经作为用于监测机电系统的状况的成功方法而示出。已经示出在电旋转机器中感应的电流随操作状况而改变，这通常导致大的交流（AC）电力供应电流的振幅和相位调制。与例如损坏的转子条或转子偏心的缺陷有关的操作状况中的变化可与电力供应电流的振幅和频率的调制有关。马达电流特征分析（MCSA）牵涉分析频域中的测量电流信号，以便诊断并且趋向进展的缺陷。MCSA因为它实现起来相对便宜并且因为电旋转机器形成机电系统的部分、方法可视为非侵入式而有吸引力。尽管已经示出MCSA对例如由在机械组件（例如轴承或齿轮）中出现的缺陷引起的那些的外部负载中的变化有反应，它已经主要在电动机故障的诊断中使用。

通常，测量的电流信号的频谱由AC电力供应电流支配。形成机电系统的电动机和附连的机械系统引起AC电力供应电流的调制，从而导致在频谱中出现边带。因此，占优势的AC电力供应电流可视为载波。电力供应很少是理想的；可以出现与机器的操作状况无关的AC电力供应电流的相位和振幅调制。这在其中控制动作和脉宽调制将导致电力供应电流载波是不稳定波形的电驱动系统中尤其真实。相似地，通常的情况是作用于电旋转机器的负载可以是瞬态的。由于电力供应似乎分布在频率范围上，电力供应电流载波的不稳定性质产生分量。这可以使评估机电系统的操作状况中的难度增加。

从Linehan等人的美国专利号54830201已知存在通过在以与AC电力供应电流载波的频率改变一致地改变测量的电流信号的采样率的数据采集系统中包含电路而处理上文呈现的问题的方法。从而，得到仅包含稳定载波的采样数据集。通过也只考虑载波的总数量，方法确保一旦被转换到频域，分量由于第一与最后的样本之间的不连续而减小。从而，在可与缺陷匹配的频域中识别分量的容易程度增加。

从Grosjean的美国专利号US 6993439 B2，已知存在将测量的电流波形从时域转换到空间域的方法。电旋转机器的转子的角位移使用测量的电流波形中的特性来识别。例如，由换向器切换产生的振幅调制可用于估计DC马达的转子的位置。电流波形然后对于该角位移归一化并且在频域中分析，从而允许在频域中分析未以恒定角速度旋转的电旋转机器。

上文描述的现有技术给出使测量的电流信号的频谱的变化性减小的方法。然而，即使当考虑以恒定角速度操作并且由理想的电力供应供应的机电系统从而导致稳定的电力供应电流载波时，由机电系统的操作状况引起的调制边带的振幅相对于电力供应电流载波和它的谐波是低的。这在考虑在电机所附连的机械系统中出现的故障中特别真实。此外，用于测量电流信号的换能器的分辨率不足可以导致谐波失真。因此可能难以区分由于机电系统的操作状况引起的分量与其他更占优势的分量或由于换能器噪声、来自非恒定源的微弱噪声或来自在电旋转机器的环境中出现的瞬态振动引起的噪声信号。

发明内容

本发明提供用于监测机电系统的状况的方法和用于实现根据发明性方法的方法的设备。本发明还提供用于监测机电系统的状况的计算机程序，该计算机程序能装载在计算机装置的数据处理单元中并且在其上能执行，并且该计算机程序在由计算装置的数据处理单元执行时执行根据权利要求1-4的方法。