电机作为一种重要的驱动设备,尤其机,在日常生活以及工业之中有着极为广泛的运用,引起了越来越多的人的关注和重视。然而基于三相电机本身具有的特点,其使用环境复杂多样,在这样的情况下,使得在运转过程中,常常出现各种意想不到的问题,给正常的生产经营带来诸多的问题和困难,对设备的性能造成了不可逆的破坏,同时还极可能造成各种危险和事故。面对这样的情况,电机的故障诊断技术和方法得到了迅速发展。
目前,电机故障诊断的方法较多,如、专家学习、等。但基于电压的诊断是工程实施最方便的方法,而用于电机故障诊断的电压电流数据是需要电流电压的波形数据,这必然就涉及到电流电压的采集以及数据分析。
本文主要介绍电流电压和电量计算方面的主要技术方法。
电压电流波形采集
工业现场中的电流电压信号是模拟量数据,都是随时间连续变化的,称为连续信号。但对于来说,处理这些连续的信号显然是无能为力,要使计算机能够识别、计算、处理这些连续信号就必须将其转化为离散信号,将连续信号转换为离散信号的过程就叫采样。因此,要分析电流电压的数据,需要模拟量的电流电压数据进行性采样。在模拟量采集领域,必然遵循采样定理,而最重要也是基本的采样定理便是香农采样定理。
1香农采样定理
香农采样定理,又称内奎斯特采样定理,是美国物理学家内奎斯特于1924年提出的一个理论。该理论是信息论,特别是通讯与信号处理学科中的一个重要的基本结论。
香农采样定理定义:
为了不失真地恢复模拟信号,采样频率应该不小于模拟频谱中最高频率的2倍,即:
我们可以同构不同速率的正弦波来理解其原因
图1采样率过低的波形重构图
情况A,频率f的正弦波以同一频率采样,这些采样标记在原始信号的左侧,在右侧构建时,信号错误地显示为恒定直流电压。
情况B,采样率是信号频率的两倍。现在信号显示为三角波。这种情况下,f等于奈奎斯特频率,这也是特定采样频率下为了避免混叠而允许的最高频率分量。
情况C,采样率是4f/3。此时重构的波形无法准确的还原原波形信号。
可见,采样率过低会造成波形重构不准确。因此,为了无失真地恢复原波形信号,采样率fs必须大于被测信号感兴趣最高频率分量的两倍。通常希望采样率大于信号频率约五倍。
2UIM采样电路
公司研发的电压电流采集终端UIM实现了电机运行时电流电压数据的采集、转换和分析,具有采集精度高,传输数据量大,支持信号类型多,运行稳定等优点。目前已在造纸行业、煤机行业、电机制造业、水泥行业等场合得到了应用。
电压电流采集终端使用了模拟转换芯片ADS1258进行模拟信号的采集和转换。
电量参数计算
电机电量参数包含功率因数、有功功率、无功功率、电压RMS、电流RMS、电压不平衡、电流不平衡、负载率、频率、总谐波率等。
电量参数均是由电流电压的波形数据计算而来。其中电压RMS可根据实时监测的电压波形数据进行线电压和相电压的转换以及积分求得,同理电流RMS也可以用同样的方法得到;电压不平衡度、电流不平衡度、负载率、总谐波率的计算也比较简单;而有功功率和频率的计算稍微复杂,下面主要介绍有功功率和频率的计算方法。
1有功功率测量方法
在三相电路的功率测量中,主要测量方法有二瓦计法和三瓦记法两种方法。
二瓦计法的理论依据是基尔霍夫电流定律,适用于在三相回路中只有三个电流存在的场合,如:a、三相三线制接法,中线不引出(只能采用二瓦计法);b、三相三线制,中线引出但不与地线或实验电源相连的场合。
三瓦计法由于需要采用中性点作为电压的参考点,因此该方法适用的场合如:a、三相三线制,中性线引出,但中性线不与电源或地线连接的场合;b、三相四线制,由于无法判断三相负载是否平衡或是否中性线上有零序电流产生,只能采用三瓦计法。
可见,对于不同的接线方式场合,应选择合适的功率测量方式,才能得到准确的功率参数。目前,已经部署UIM的工业现场采用的电压为三相三线制,并且没有引出中性线,从电压出来的信号是表示三相电机的线电压,从出来的信号是表示电机的三相电流信号。因此,采用的功率测量方法是二瓦计法。
二瓦计法的理论依据是基尔霍夫电流定律:在集总电路中,任何时刻,对任意节点,所有流入流出节点的之旅电流的代数和恒等于零。