检测转子条故障的方法以及估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法

1.本发明广泛地涉及检测转子条(rotor bar)故障的方法以及估计由于电机(electrical machine)中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法。


背景技术：

2.电机(例如诸如感应电动机和发电机的旋转电机)是现代工业的主力。在诸如化学、造纸、制浆、水泥、纺织、包装等工业中，旋转电机被广泛用于诸如电动汽车、发电厂、起重机、电梯、印刷机、轧制(金属制品)、冷却和通风系统、流体循环泵、船舶和火车推进系统的各种应用中。
3.旋转电机可能经历诸如传动系失效、轴承故障、转子条破裂(cracked)或破损(broken)故障的各种故障以及诸如未对准、不平衡或机械松动的其它机械异常。转子条破损故障可以导致破损部件高速撞击定子绕组，从而导致旋转电机的失效。旋转电机中的机械异常可能破裂导致附加的输入电流，这反过来降低其效率。
4.旋转电机的意外灾难性失效可以导致收入方面的过度损失并且/或者可以危及生命和货物。因此，需要检测旋转电机中的任何故障，以减少由这种故障造成的损失。对旋转电机的持续监视对于缓解任何会导致重大维修工作成本和停机损失的意外灾难性失效非常重要。
5.常规上，通过电动机电流特征(signature)分析(mcsa)和振动特征分析检测和诊断破损/破裂转子故障。转子条中的机械故障在径向转子运动中产生振动，这转而以转子机械旋转频率产生扭矩振荡。通过监视电流中的旋转频率分量以及振动信号中的极点通过频率或转子条通过频率分量，可以检测与转子条相关联的机械故障。然而，电流和振动信号对于在早期阶段检测破损转子条故障较不灵敏。
6.当前，基于振动的维护规划(scheduling)在各个行业中被广泛采用。然而，这种基于振动的维护规划不考虑直到振动水平到达根据iso标准的“不可接受”或“不推荐”值为止的附加运行支出(opex)。这可能导致直到到达下一次规划的维护为止由于装备中的机械异常导致附加支出。未能规划较早的维护也会缩短装备的运行寿命，从而降低装备使用寿命的利用率。
7.因此，存在对试图解决或至少改善上述问题之一的检测转子条故障的方法以及估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法的需要。


技术实现要素：

8.根据一个方面，提供了一种检测电机的转子条故障的方法，所述方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述在线信号的集合包括至少一个振动信号和磁通量信号的加和信号，每个磁通量信号是从位于电机的外表面上的相应通量传感器获得的；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示
符值进行比较；以及当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定破损或破裂转子的存在。
9.电机可以是电动机或发电机，包括，具有圆筒形框架的定子，圆筒形框架包括布置在圆筒形框架中的多个导电绕组；具有同心安装且可在定子的圆筒形框架内旋转的圆筒形主体的转子，所述转子具有驱动端和非驱动端；以及同轴安装到转子的细长的轴构件，所述轴构件在驱动端从转子突出。
10.从电机获取在线信号的集合的步骤可以包括，获取并加和p个通量信号的集合以获得总通量信号，其中，p个通量信号的集合是从沿定子的圆筒形框架的圆周靠近定子定位的p个通量传感器获取的，使得沿圆筒形框架的圆周的任何两个相邻通量传感器相对于圆筒形框架的纵轴具有360/p度的角度间隔，其中，p代表电动机或发电机的总极数；从加速计获取一个或多个振动信号；以及任选地获取电机的相电流或线电流。
11.方法还可以包括从在线信号的集合计算在线负载值的集合，所述在线负载值的集合是选自包括电机的轴速度值、转差(slip)值以及相电流或线电流的rms值的组中的一个或多个。
12.从在线信号的集合提取在线异常指示符值的步骤可以包括计算总通量信号的一个或多个频率分量的幅度的rms值，所述频率分量与转子条故障相关联。
13.计算rms值的步骤可以包括对总通量信号执行傅里叶变换；以及从总通量信号的频谱提取频率分量的幅度。
14.方法还可以包括在获取在线信号的集合之前当电机处于健康状况时执行电机的初始校准，初始校准包括，获取并存储从空载状况到满载状况的一系列载荷状况下的基线负载值的集合，其中，基线负载值的集合是选自包括电机的轴速度值、转差值以及相电流或线电流的rms值的组中的一个或多个。
15.初始校准还可以包括当电机处于健康状况时，提取与从空载状况到满载状况的载荷状况的集合对应的基线异常指示符值的集合；其中，提取对应载荷状况的基线异常指示符值包括，获取并加和p个通量信号的集合，以获得对应载荷状况的总通量信号；对总通量信号执行傅里叶变换以获得总通量信号的幅度；以及从总通量信号的频谱提取频率分量的幅度。
16.方法还可以包括在将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较之前识别对应载荷状况，其中，识别对应载荷状况的步骤包括，将来自电机的在线负载值的集合与基线负载值的集合进行比较，以识别对应载荷状况；以及选择识别的对应载荷状况基线异常指示符值。
17.方法还可以包括提供电机的参数值的输入，所述参数值包括电机的极数、满载电流和满载转差。
18.根据另一方面，提供了一种其上存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，该指令用于指示系统的处理单元执行在电机的在线运行期间检测破损或破裂转子条的方法，所述方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述在线信号的集合包括至少一个振动信号、磁通量信号的加和信号，每个磁通量信号是从位于电机的外表面上的相应通量传感器获得的；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；以及当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘
以阈值时，确定破损或破裂转子的存在。
19.根据另一方面，提供一种估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法，该方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述信号的集合包括至少一个振动信号、至少一个磁通量信号和至少一个电流信号；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定机械异常的存在；以及计算时间帧内的附加运行支出，所述时间帧从当确定机械异常时的实例(instance)开始，直到当电机的总体振动速度预计到达限定的不可接受范围时的实例为止。
20.电机可以是电动机或发电机，该电机包括，具有圆筒形框架的定子，该圆筒形框架包括布置在圆筒形框架中的多个导电绕组；具有同心安装且可在定子的圆筒形框架内旋转的圆筒形主体的转子，所述转子具有驱动端和非驱动端；以及同轴安装到转子的细长的轴构件，所述轴构件在驱动端从转子突出。
21.从电机获取在线信号的集合的步骤可以包括，从加速计获取至少一个振动信号；获取并加和p个通量信号的集合以获得总通量信号，其中，p个通量信号的集合是从沿定子的圆筒形框架的圆周靠近定子定位的p个通量传感器获取的，使得沿圆筒形框架的圆周的任何两个相邻通量传感器相对于圆筒形框架的纵轴具有360/p度的角度间隔，其中，p代表电动机或发电机的总极数；以及获取电机的相电流或线电流。
22.方法还可以包括，从在线信号的集合计算在线负载值的集合，所述在线负载值的集合是选自包括电机的轴速度值、转差值以及相电流或线电流的rms值的组中的一个或多个。
23.从信号的集合提取在线异常指示符值的步骤可以包括，计算总通量信号的一个或多个频率分量的幅度的rms值或相电流或线电流的一个或多个频率分量的幅度的rms值，所述频率分量与机械异常相关联。
24.计算rms值的步骤包括对总通量信号或相电流或线电流执行傅里叶变换；以及从总通量信号或相电流或线电流的频谱提取频率分量的幅度。
25.方法还可以包括在获取在线信号的集合之前当电机处于健康状况时执行电机的初始校准，该初始校准包括，获取并存储从空载状况到满载状况的一系列载荷状况下的基线负载值的集合，其中，基线负载值的集合是选自包括电机的轴速度值、转差值以及相电流或线电流的rms值的组中的一个或多个。
26.初始校准还可以包括当电机处于健康状况时，提取与从空载状况到满载状况的载荷状况的集合对应的基线异常指示符值的集合。
27.方法还可以包括在将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较之前识别对应载荷状况，其中，识别对应载荷状况的步骤包括，将来自电机的在线负载值的集合与基线负载值的集合进行比较，以识别对应载荷状况；以及选择对应载荷状况的基线异常指示符值。
28.计算时间帧内的附加运行支出的步骤可以包括，以规则时间间隔计算功率损失、由于一个或多个机械异常导致的附加电流以及总体振动速度；以及将计算的功率损失、由于一个或多个机械异常导致的附加电流以及总体振动速度存储在数据库中。
29.计算时间帧内的附加运行支出的步骤还可以包括，基于存储在数据库中的计算的
总体振动速度，计算总体振动速度的趋势；从总体振动速度的趋势，确定当电机的总体振动速度处于限定的不可接受范围时的实例；以及计算时间帧内的附加运行支出。
30.方法还可以包括输入电机的参数值，所述参数值包括极数、满载电流、满载转差、电价(electricity tariff)、定子电阻、转子电阻以及相电流或线电流中的由于机械异常特征导致的实际电流的rms值。
31.方法还可以包括，在从在线信号的集合提取在线异常指示符值之前，从至少一个振动信号获得电机的总体振动速度；将总体振动速度与电机的振动速度的推荐的值或值范围进行比较；以及当总体振动速度偏离推荐的值或值范围时，触发用于维护的信号。
32.根据另一方面，提供一种其上存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，该指令用于指示系统的处理单元执行估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法，所述方法包括，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述信号的集合包括至少一个振动信号、至少一个磁通量信号和至少一个电流信号；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定机械异常的存在；以及计算时间帧内的附加运行支出，所述时间帧从当检测到机械异常时的实例开始，直到当电机的总体振动速度到达限定的不可接受范围时的实例为止。
附图说明
33.从以下仅作为示例的书面描述并结合附图，本领域的普通技术人员将更好地理解和容易地清楚本发明的示例性实施例，其中：
34.图1是用于示出示例性实施例中的检测电机中的转子条故障的方法的示意性流程图。
35.图2a是示例性实施例中的电机(例如，旋转电磁机器，诸如感应电动机或发电机)的透视图。
36.图2b是示例性实施例中的旋转电磁机器当从其非驱动端查看时的透视图。
37.图2c是示例性实施例中的旋转电磁机器当从其非驱动端查看时的照片。
38.图3是示出示例性实施例中的检测电机(例如，感应电动机或发电机)中的转子条故障(例如，破损或破裂转子条)的方法/技术的示意性流程图。
39.图4是示出另一示例性实施例中的检测电机(例如，感应电动机或发电机)中的转子条故障(例如，破损或破裂转子条)的方法/技术的示意性流程图。
40.图5a是呈现2hp(马力)三相感应电动机的75％载荷状况下对于44个转子条中的1-条和2-条破损状况测量的线电流的频谱的曲线图。
41.图5b是呈现2hp三相感应电动机的满载运行状况下对于44个转子条中的1-条和2-条破损状况测量的加速度的频谱的曲线图。
42.图5c是呈现2hp三相感应电动机的满载运行状况下对于44个转子条中的1-条和2-条破损状况测量的加和端罩(end-shield)泄漏通量的频谱的曲线图。
43.图6a是呈现2hp三相感应电动机的47％载荷状况和满载转差为1.5％情况下的加和端罩泄漏通量信号的频谱的曲线图。
44.图6b是呈现2hp三相感应电动机的55％载荷状况和满载转差为2％情况下的加和
端罩泄漏通量信号的频谱的曲线图。
45.图6c是呈现2hp三相感应电动机在75％载荷状况和满载转差为2.7％情况下的加和端罩泄漏通量信号的频谱的曲线图。
46.图7a是呈现1-破损条(2.3％)情况下的破损转子条(brb)检测的各种技术的经典边带与对应基波分量(fundamental component)的幅度比的曲线图。
47.图7b是呈现2-破损条(4.5％)情况下的破损转子条(brb)检测的各种技术的经典边带与对应基波分量的幅度比的曲线图。
48.图8是用于示出示例性实施例中的估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法的示意性流程图。
49.图9是示出示例性实施例中的估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出(opex)的方法/技术的示意性流程图。
50.图10是示出另一示例性实施例中的估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出(opex)的方法/技术的示意性流程图。
51.图11是呈现10hp三相感应电动机在74％载荷状况下的线电流之一的频谱的曲线图。
52.图12a是呈现在不同载荷状况下各种程度的未对准下的振动速度的曲线图。
53.图12b是呈现在不同载荷状况下各种程度的未对准下的(fs±fr
)分量的总rms值的曲线图。
54.图13是适于实现示例性实施例的计算机系统的示意图。
具体实施方式
55.示例性的非限制性实施例可以提供检测转子条故障的方法以及估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法。
56.在各种示例性实施例中，本文使用的术语“电机”指将能量从一种形式转换为另一种形式(例如将机械能转换为电能或反之亦然)的机器。电机可以包括但不限于电动机(其将电能转换为机械能)和发电机(其将机械能转换为电能)等。电机包括用于接收功率的至少第一导电构件和用于电磁或机电能量转换的至少第二导电构件或至少一个永磁体。
57.在各种示例性实施例中，电机可以是电动机或发电机。电动机可以包括但不限于交流电动机，诸如单相或多相异步电动机(感应电动机)、单相或多相同步电动机、直线感应或同步电动机。发电机可以包括但不限于自励或他励直流发电机、单相或多相无刷同步发电机、单相或多相有刷同步发电机、单相或多相永磁同步发电机、涡轮交流发电机、单相或多相异步发电机(感应发电机)、船用交流发电机、凸极或隐极交流发电机或汽车交流发电机。
58.在各种示例性实施例中，当机器处于在线运行状况下时，执行检测转子条故障的方法以及估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法。在各种示例性实施例中，当电机处于在线运行状况下时，实时执行检测转子条故障的方法以及估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法。在在线运行期间，电机通电(即打开或上电)。
59.例如，如果机器是感应电动机(im)，则im通过将变化的电流通过第一导电构件(例
如im的定子绕组)来通电，以产生变化的磁通量，使得变化磁通量能够通过(i)在第二导电构件(例如，im的转子绕组)中感应电流、或(ii)与包含于转子中的永磁体的转子极锁定、或(iii)与由施加到转子绕组的直流电压产生的转子极锁定来感应转子(和安装的轴构件)围绕其各自的纵轴旋转。结果，通过im执行/实现/完成电能到机械能的转换。
60.例如，如果机器是发电机，则发电机由诸如电动机、涡轮机或发动机之类的原动机驱动，使得转子(和安装的轴构件)围绕其各自的纵轴旋转。然后直流电压施加到第二导电构件(例如，发电机的转子绕组或包含在转子中的永磁转子)，使得来自第二导电构件的变化磁通量与第一导电构件(例如，发电机的定子绕组)链接。因此，由发电机的转子和轴构件的旋转产生的变化磁通量能够在定子的绕组中感应电动势。结果，由发电机执行/实现/完成机械能到电能的转换。
61.在各种示例性实施例中，转子条故障可以是破裂或破损转子条故障。当电机(例如，感应电动机或发电机)中的转子条或端环中的一个或多个部分地破裂或完全破损时，出现破裂或破损转子条故障。破裂或破损转子条故障的原因可能是由于制造缺陷、由轴承故障引起的热应力和机械应力、电动机在额定电压的频繁启动、和/或转子条的金属的疲劳等。在各种实施例中，电机中的机械异常可能包括转子的不平衡、转子的未对准、结构松动或转子松动及其组合。
62.图1是用于示出示例性实施例中的检测电机中的转子条故障的方法的示意性流程图100。在步骤102，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述在线信号的集合包括至少一个振动信号和磁通量信号的加和信号，每个磁通量信号是从位于电机的外表面上的相应通量传感器获得的。在步骤104，从在线信号的集合提取在线异常指示符值。在步骤106，将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较。在步骤108，当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定破损或破裂转子的存在。
63.从电气机器获取的信号的集合可以包括但不限于机械信号、磁信号和电信号。机械信号可以包括但不限于振动信号，例如，诸如加速度之类的电动机振动信号。磁信号可以包括但不限于磁通量信号，例如，诸如端罩泄漏通量信号之类的磁泄漏通量信号。电信号可以包括但不限于电机的相电流或线电流。在一些示例性实施例中，从电机获取的信号的集合是选自包括电机的振动信号、磁泄漏通量信号和相电流或线电流的集合的一个或多个。在一些示例性实施例中，从电机获取的信号的集合包括至少一个振动信号和至少一个磁泄漏通量信号。
64.可以使用包括但不限于有源的基于霍尔效应的通量传感器或无源线圈的传感器在在线运行状况下测量磁信号，例如，磁通量信号。磁通量信号的获取可以包括在在时段内从电机获取信号的集合之前在电机的外表面上定位两个或更多个通量传感器。电机的外表面可以包括诸如机器的外部/外观之类的表面或包括但不限于电机的外部/外观的暴露表面。电机的外表面在无需拆卸机器的情况下可从电机外部接近。在一个示例中，电机(例如，感应电动机(im))的外表面可以指im的端罩。通过在电机的外表面上定位两个或更多个通量传感器，可以在机器正在在线运行时执行该方法。即，可以在不使电机离线(例如，从电力系统网络断开电机)的情况下执行该方法。此外，通过在电机的外表面上定位两个或更多个通量传感器，可以以非侵入性方式即在不实质性地拆卸机器(例如，拆卸电动机或发电机的定子和转子)的情况下执行该方法。
65.可以使用能够测量位移、速度和/或加速度的运动传感器来测量机械信号。可以使用一个或多个运动传感器(例如，加速计)测量电动机振动信号(例如，加速度)。加速计可以在电动机的外表面上被安装在驱动端或非驱动端处，该加速计感测径向加速度或轴向加速度或两者。由加速计测量的加速度可能例如由于电机的振动。如果在电机中存在转子条故障或其它机械异常，则可能出现电机的(附加)加速/振动。
66.本领域技术人员可以理解，对于电信号，电流是大多数电气系统中固有的。本领域技术人员可以使用合适的方法和装置获取电流测量。例如，可以使用电流互感器(ct)、rogowski线圈、分流电阻器和基于霍尔效应的电流感测仪器/传感器等感测线电流/相电流。
67.信号的集合是在时段内从电机获取的。时段是指时间帧，在该时间帧内获取信号的集合以检测转子故障的存在。时段的范围可以为从1秒至20秒、从2秒至19秒、从3秒至18秒、从4秒至17秒、从5秒至16秒、从6秒至15秒、从7秒至14秒、从8秒至13秒、从9秒至12秒或从10秒至11秒。
68.阈值可以用百分比表示。例如，当在线异常指示符值以至少约1％、至少约2％、至少约3％、至少约4％、至少约5％、至少约6％、至少约7％、至少约8％、至少约9％或者至少约10％的阈值偏离基线异常指示符值时，可以确定破损或破裂转子的存在。在一个实施例中，当在线异常指示符值以大于约1％至约2％的阈值偏离基线异常指示符值时，确定破损或破裂转子的存在。理论上，可靠的故障检测需要比基线值大1％至2％的最小阈值值设定。然而，应当理解，阈值值设定是主观的，它可以比在健康运行状况下测量的基线值大高达5％。
69.在示例性实施例中，方法还可以包括在从电机获取在线信号的集合的步骤之前的校准步骤，例如初始校准。在校准期间，基线负载值(blv)的集合可以被测量并存储在数据库中以用于各种载荷状况。blv的集合可以是选自包括速度值(例如，轴速度值)、转差值和电流值(例如，电机的相电流或线电流的rms值)的组中的一个或多个。可以选择负载值阈值(lvt)。lvt可以是blv的
±
1％、
±
2％、
±
3％、
±
4％、
±
5％、
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6％、
±
7％、
±
8％、
±
9％或
±
10％。在校准期间，基线异常指示符值(baiv)的集合还可以被测量并存储在数据库中以用于各种载荷状况。每个baiv代表限定的载荷状况下的健康电机(即，不存在转子条故障)的基线值。可以选择异常指示符阈值(ait)。ait可以是baiv的
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1％、
±
2％、
±
3％、
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4％、
±
5％、
±
6％、
±
7％、
±
8％、
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9％或
±
10％。
70.各种载荷状况的范围可以为从电机的空载(即0％载荷)状况到满载(即100％载荷)状况。可以以电机的1％载荷增量(例如0％、1％、2％、3％、4％、5％等)、2％载荷增量(例如0％、2％、4％、6％、8％、10％等)、5％载荷增量(例如0％、5％、10％、15％、20％、25％等)、10％载荷增量(例如0％、10％、20％、30％、40％、50％等)或20％载荷增量(例如0％、20％、40％、60％、80％、100％等)，从电机的0％载荷到100％载荷测量blv。
71.方法的示例性实施例可以有利地允许即使在机器在线运行时也连续在线监视电机的破损或破裂转子条。可以用可以很容易地改装到现有机器(例如，电动机或发电机)的外表面而无需拆卸机器的传感器执行该方法，从而提供非侵入手段以检测破损或破裂的转子条。甚至更有利的是，与常规技术相比，该方法的示例性实施例的灵敏度可以提高约30％。基于多特征的状况监视允许在广泛的运行状况下进行异常检测，并避免虚假警报。
72.图2a是示例性实施例中的电机200(例如，诸如感应电动机或发电机之类的旋转电
磁机器200)的透视图。旋转电磁机器200包括具有圆筒形框架的定子202和具有圆筒形主体的转子204，该圆筒形主体被同心定位/安装并可在定子202的圆筒形框架内旋转。定子202包括布置在其中的多个导电绕组(未示出)和设置在定子202的圆筒形框架两端的一对端罩，例如212。旋转电磁机器200包括驱动端206和非驱动端208。转子204包括细长的轴构件210，所述细长的轴构件210同轴安装到转子204。如图2a所示，轴构件210被布置为在驱动端206处从转子204突出，以有利于转子204与诸如发电机、泵、齿轮箱等负载的耦合。
73.在各种示例性实施例中，在电机200处于在线运行状况下执行本文所公开的方法。在在线运行期间，电机200通电(即打开或上电)。在旋转电磁电机200是感应电动机的情况下，可以通过使变化的电流通过由定子框架202安装的定子绕组以产生变化的磁通量来使感应电动机200通电。然后，变化的磁通量感应转子204和轴构件210以围绕其各自的纵轴旋转。在旋转电磁机器200是发电机的情况下，可以通过驱动发电机的转子204和轴构件210使它们绕其各自的纵轴旋转以产生与通过定子框架202安装的定子绕组链接的变化磁通量来使发电机通电。变化磁通量能够在定子绕组中感应电动势。
74.在各种实施例中，p个通量信号的集合可以被获取并加和以获得总通量信号。可以从沿定子202的圆筒形框架的圆周靠近定子202定位的p个通量传感器(例如214、216、218、220)获取p个通量信号的集合，使得沿圆筒形框架202的圆周的任何两个相邻通量传感器相对于圆筒形框架的纵轴具有360/p度的角度间隔，其中，p代表电动机或发电机的总极数。例如，总极数p可以是偶数，诸如2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24等。
75.如图2a所示，传感器(例如，通量传感器214、216、218、220)在定子202的外表面上沿其圆筒形框架的圆周邻接/放置。通量传感器214、216、218、220的位置处于定子202的靠近驱动端206的边缘。通量传感器214、216、218、220被配置为获取/感测/测量/检测信号，例如，端罩泄漏通量通量传感器214、216、218、220被定位为使得沿圆筒形框架202的圆周的任何两个相邻通量传感器(例如214和216)具有360/p度的角度间隔。p是极数。例如，对于4极感应电动机，传感器之间的空间角度间隔将为90度，通量传感器的数量为4个。类似地，对于2极感应电动机，传感器之间的空间角度间隔将为180度，通量传感器的数量为2个。
76.图2b是示例性实施例中的旋转电磁机器200的从非驱动端208查看时的透视图。作为在驱动端206处在定子框架202的外表面上放置传感器(如图2a所示)的替代方案，传感器(例如，通量传感器214、216、218、220)在定子202上沿其圆筒形框架的圆周邻接/放置。在图2b中，通量传感器214、216、218、220的位置处于定子202的靠近非驱动端208的边缘。通量传感器214、216、218、220被配置为获取/感测/测量/检测信号，例如，端罩泄漏通量感器214、216、218、220被配置为获取/感测/测量/检测信号，例如，端罩泄漏通量通量传感器214、216、218、220被定位为使得沿圆筒形框架的圆周的任何两个相邻通量传感器(例如，214和216)关于(相对于)定子202的圆筒形框架的纵轴具有360/p度的角度间隔。如图2b所示，风扇222在非驱动端208处被附接到轴构件210，该风扇222使运行状况下的旋转电磁机器200冷却。
77.应当理解，传感器(例如，214、216、218、220)被定位为沿着定子202的圆筒形框架的圆周接近定子202(即靠近定子202或处于定子202处)。第一传感器214的位置与第三传感器218径向相对，第二传感器216与第四传感器220径向相对。
78.图2c是示例性实施例中的旋转电磁机器230的从其非驱动端232查看时的照片。旋
转电磁机230在结构和功能上与在图2a和图2b中描述的旋转电磁机230基本上相似。如图2c所示，与图2b所示的放置类似，传感器(例如，通量传感器234、236、238、240)在旋转电磁机器230的非驱动端232附近邻接/放置。通量传感器234、236、238、240被配置为获取/感测/测量/检测信号，例如，端罩泄漏通量这些信号然后被加和以获得旋转电磁机器230的总通量信号。
79.图3是示出示例性实施例中的检测电机(例如，感应电动机或发电机)中的转子条故障(例如，破损或破裂转子条)的方法/技术的示意性流程图300。图3示出用于破损/破裂转子条故障检测的实施例之一。可以使用特殊配置/设计的监视系统，以实施检测破损或破裂转子条的方法。图3所述的方法包括两个不同的阶段，即校准阶段和在线监视阶段，这两个阶段均涉及数据获取、信号处理和幅度提取。
80.在步骤302，在在线运行期间使电动机或发电机通电。在图2a和图2b中示出电动机或发电机的示例性实施例。通过使变化的电流通过电动机的定子的绕组以产生变化的磁通量使得变化的磁通量能够感应转子和轴构件绕其各自的轴旋转，可以使电动机通电。通过驱动发电机的转子和轴构件绕其各自的纵轴旋转以产生与发电机的定子的绕组链接的变化磁通量使得变化磁通量能够在定子的绕组中感应电动势，可以使发电机通电。
81.在步骤304，从电机获取信号/数据的集合。信号/数据的集合可以是在校准(例如，初始校准)期间从电机获取的基线信号/数据的集合。信号/数据的集合也可以是在时段内的在线监视期间从电机获取的在线信号/数据的集合。数据获取涉及诸如加和端罩泄漏通量电动机振动信号(加速度，v
acc
)以及线电流/相电流(ia或ib或ic)或(i
ab
或i
bc
或i
ca
)中的任一个之类的信号的获取。对于p极机器，p个无源的或基于霍尔效应的非侵入式磁通量传感器以的角度位移安装在机器的驱动端或非驱动端(分别比较图2a的206和图2b的208)。换句话说，p个通量传感器靠近定子沿其圆筒形框架的圆周定位(比较图2a和图2b的202)，使得沿圆筒形框架的圆周的任何两个相邻通量传感器相对于圆筒形框架的纵轴具有360/p度的角度间隔，其中，p代表电动机或发电机的总极数。从p个通量传感器获取p个泄漏通量信号的集合。然后，加和由通量传感器中的每一个测量/感测的泄漏通量(诸如)，以获得加和信号然后如步骤304所示的那样获取这些信号。可以使用一个或多个运动传感器(例如，加速计)获取电动机振动信号(加速度，v
acc
)。可以使用本领域已知的合适方法和装置(例如，电流互感器(ct)、rogowski线圈、分流电阻器和基于霍尔效应的电流感测仪器/传感器等)获取电机的相电流或线电流。
82.在步骤306，从步骤304获取的时域信号然后通过快速傅里叶变换(fft)或离散傅里叶变换(dft)被转换到频域。然后基于获得的各种信号计算负载值的集合。在初始校准阶段期间，计算的负载值的集合是基线负载值的集合。在在线监视期间，计算的负载值的集合是可以在从1秒至20秒变化的时段内的在线监视期间计算的在线负载值的集合。负载值的集合包括电机的轴速度值、转差值以及相电流或线电流的rms值。对于线电流或相电流，在时域中计算rms值。从电流的频谱提取线电流/相电流的基波分量fs。然后使用基波分量fs以
识别振动信号的频谱中的旋转频率分量fr。在振动谱中接近且小于的频率分量是基波旋转频率分量fr。然后，从fs和fr计算由给出的转差值。从来自振动信号的频谱的基波旋转频率分量fr计算轴速度
83.在步骤308，从加和端罩泄漏通量信号的频谱提取破损/破裂转子条频率分量的幅度。破损/破裂转子条频率分量由f
brb
＝fs(1
±
kps)给出，其中，p是极对数，s是满载转差，k是整数(k＝1，k＝2，k＝3，k＝4，
…
)。一般地，低严重性转子故障的特征是，通过在f
brb
＝fs(1
±
kps)中替换k＝1和k＝2获得的fs(1
±
ps)和fs(1
±
2ps)处的频率特征的幅度较高。对于高严重性故障，转子条频率特征可能出现在1至4的k值处。因此，整数k的标称(nominal)值可以固定为从1至4。从破损/破裂转子条频率分量，使用以下公式计算异常指示符值：
[0084][0085]
异常指示符值可以是在校准阶段期间计算的基线异常指示符值或者在在线监视阶段期间计算的在线异常指示符值。
[0086]
应当理解，对于在线监视和校准阶段两者，均执行从步骤302到步骤308的功能。在示例性实施例中，在在线监视阶段开始之前实施初始校准。在图3的步骤310中示出初始校准的示例。在初始校准之前，如图3的步骤312所示，由用户在监视系统中输入诸如待监视装备(即，电机)的极数(p)、满载电流和满载转差(s)之类的细节。
[0087]
在步骤310，在初始校准期间，基线负载值(blv)的集合被测量并存储在数据库中以用于各种载荷状况。各种载荷状况的范围可以为从电机的空载(即，0％载荷)状况到满载(即100％载荷)状况。blv的集合可以是选自包括电机的轴速度值、转差值以及相电流或线电流的rms值的组中的一个或多个。blv可以来自加速度以及线电流或相电流ia或i
ab
(其为blv
acc
)，或者来自线电流或相电流ia或i
ab
(其为blv
curr
)。blv
acc
可以是针对各种载荷状况计算的转差值或者从fr计算的轴速度blv
curr
是关于(相对于)由用户输入的满载电流值从在在线运行状况下测量的电流的rms值估计的载荷值。选择负载值阈值(lvt)，其通常为blv
acc
或blv
curr
的100％
±
(2％至3％)。实际上，
±
2％至
±
3％的公差通常足以检查在线运行状况下的估计的载荷值是否在基线值内。
[0088]
除了blv，还在初始校准期间提取基线异常指示符值(baiv)的集合。特别地，提取并且存储来自各种载荷状况(诸如以5％、10％或20％的增量从0％到100％)下的加和信号的基线异常指示符值(baiv)。baiv计算为：
[0089][0090]
选择异常指示符阈值(ait)，其通常》baiv的(101％至102％)。理论上，可靠的故障检测需要比基线值大1％至2％的最小阈值值设定。然而，应当理解，阈值值设定是主观的，
它可以比在健康运行状况下测量的基线值大高达5％。
[0091]
在步骤314，在电机的在线监视期间，将在线负载值的集合与在初始校准期间测量的基线负载值(blv)的集合进行比较，以识别与在线负载值的集合对应的适当载荷状况(即“对应载荷状况”)。在示例性实施例中，在在线监视阶段期间，将线电流/相电流的rms值或来自振动信号的轴速度与乘以负载值阈值的基线测量(blv
curr
×
lvt)或(blv
acc
×
lvt)进行比较。识别适当的载荷状况，并选择其对应的baiv，该对应的baiv然后在步骤316中被用于与在线异常指示符值比较。
[0092]
在步骤316，将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较。确定在线异常指示符值是否大于(baiv
×
ait)，即在线异常指示符值是否大于baiv乘以阈值。如果步骤316处的确定为肯定(即，在线异常指示符值大于(baiv
×
ait))，则流程图300进行到步骤318。在步骤318，触发通知以指示存在破损/破裂转子条。如果步骤316处的确定为否定，则流程图300循环返回到步骤304以获取新的信号的集合。
[0093]
图4是示出另一示例性实施例中的检测电机(例如，感应电动机或发电机)中的转子条故障(例如，破损/破裂转子条)的方法/技术的示意流程图400。图4示出破损/破裂转子条故障检测的替代性实施例。可以使用特殊配置/设计的监视系统以实施检测破损/破裂转子条的方法。在图4中描述的方法包括两个不同的阶段，即校准阶段和在线监视阶段，这两个阶段均涉及数据获取、信号处理和幅度提取。
[0094]
在步骤402，在在线运行期间使电动机或发电机通电。在图2a和图2b中示出电动机或发电机的示例性实施例。通过使变化的电流通过电动机的定子的绕组以产生变化的磁通量使得变化的磁通量能够感应转子和轴构件绕其各自的轴旋转，可以使电动机通电。通过驱动发电机的转子和轴构件绕其各自的纵轴旋转以产生与发电机的定子的绕组链接的变化磁通量使得变化磁通量能够在定子的绕组中感应电动势，可以使发电机通电。
[0095]
在步骤404，在时段内从电机获取信号/数据的集合。信号/数据的集合可以是在校准(例如，初始校准)期间从电机获取的基线信号/数据的集合。信号/数据的集合也可以是在时段内的在线监视期间从电机获取的在线信号/数据的集合。数据获取涉及诸如加和端罩泄漏通量和电动机振动信号(加速度，v
acc
)之类的信号的获取。与图3的步骤304不同，在步骤404中不获取线电流/相电流(ia或ib或ic)或(i
ab
或i
bc
或i
ca
)。对于p极机器，p个无源的或基于霍尔效应的非侵入式磁通量传感器以的角度位移安装在机器的驱动端或非驱动端(分别比较图2a的206和图2b的208)。换句话说，p个通量传感器靠近定子沿其圆筒形框架的圆周定位(比较图2a和图2b的202)，使得沿圆筒形框架的圆周的任何两个相邻通量传感器相对于圆筒形框架的纵轴具有360/p度的角度间隔，其中，p代表电动机或发电机的总极数。从p个通量传感器获取p个泄漏通量信号的集合。然后，加和由通量传感器中的每一个测量/感测的泄漏通量(诸如)，以获得加和信号然后如步骤404所示的那样获取这些信号。可以使用一个或多个运动传感器(例如，加速计)获取电动机振动信号(加速度，v
acc
)。
[0096]
在步骤406，从步骤404获取的时域信号然后通过快速傅里叶变换(fft)或离散傅里叶变换(dft)被转换到频域。然后基于获得的各种信号计算负载值的集合。在初始校准阶
段期间，计算的负载值的集合是基线负载值的集合。在在线监视期间，计算的负载值的集合是可以在从1秒到20秒变化的时段内的在线监视期间计算的在线负载值的集合。负载值的集合可以包括电机的轴速度值和转差值。通过提取加和端罩泄漏通量信号的基波分量fs来计算转差值。然后使用基波分量fs以识别来自振动信号的频谱的基波旋转频率分量fr。然后，从fs和fr计算由给出的转差值。从来自振动信号的频谱的基波旋转频率分量fr计算轴速度
[0097]
在步骤408，从加和端罩泄漏通量信号的频谱提取破损/破裂转子条频率分量的幅度。破损/破裂转子条频率分量由f
brb
＝fs(1
±
kps)给出，其中，p是极对数，s是满载转差，k是整数(k＝1，k＝2，k＝3，k＝4，
…
)。一般地，低严重性转子故障的特征是，通过在f
brb
＝fs(1
±
kps)中替换k＝1和k＝2获得的fs(1
±
ps)和fs(1
±
2ps)处的频率特征的幅度较高。对于高严重性故障，转子条频率特征可能出现在1至4的k值处。因此，整数k的标称值可以固定为从1至4。从破损/破裂转子条频率分量，使用以下公式计算异常指示符值：
[0098]
异常指示符值可以是在校准阶段期间计算的基线异常指示符值或者在在线监视阶段期间计算的在线异常指示符值。
[0099]
应当理解，对于在线监视和校准阶段两者，均执行从步骤402到步骤408的功能。在示例性实施例中，在在线监视阶段开始之前实施初始校准。在图4的步骤410中示出初始校准的示例。在初始校准之前，如图4的步骤412所示，由用户在监视系统中输入诸如待监视装备(即，电机)的极数(p)和满载转差(s)之类的细节。
[0100]
在步骤410，在初始校准期间，基线负载值(blv)的集合被测量并存储在数据库中以用于各种载荷状况。各种载荷状况的范围可以为从电机的空载(即，0％载荷)状况到满载(即100％载荷)状况。blv的集合可以是电机的轴速度值和转差值。blv可以是来自加速度(blv
acc
，其是针对各种载荷状况计算的转差值)或者从fr计算的轴速度选择负载值阈值(lvt)，其通常为blv
acc
的100％
±
(2％至3％)。实际上，
±
2％至
±
3％的公差通常足以检查在线运行状况下的估计的载荷值是否在基线值内。与图3的步骤310不同，在图4的步骤410中，只使用振动信号计算blv。
[0101]
除了blv，还在初始校准期间提取基线异常指示符值(baiv)的集合。特别地，提取并且存储来自各种载荷状况(诸如以5％、10％或20％的增量从0％到100％)下的加和信号的基线异常指示符值(baiv)。baiv计算为：
[0102][0103]
选择异常指示符阈值(ait)，其通常》baiv的(101％至102％)。理论上，可靠的故障检测需要比基线值大1％至2％的最小阈值值设定。然而，应当理解，阈值值设定是主观的，它可以比在健康运行状况下测量的基线值大高达5％。
[0104]
在步骤414，在电机的在线监视期间，将在线负载值的集合与在初始校准期间测量的基线负载值(blv)的集合进行比较，以识别与在线负载值的集合对应的适当载荷状况(即“对应载荷状况”)。在示例性实施例中，在在线监视阶段期间，将来自振动信号的轴速度或转差值与乘以负载值阈值的基线测量(blv
acc
×
lvt)进行比较。识别适当的载荷状况，并选择其对应的baiv，该对应的baiv然后在步骤416被用于与在线异常指示符值比较。
[0105]
在步骤416，将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较。确定在线异常指示符值是否大于(baiv
×
ait)，即在线异常指示符值是否大于baiv乘以阈值。如果步骤416处的确定为肯定(即，在线异常指示符值大于(baiv
×
ait))，则流程图400进行到步骤418。在步骤418，触发通知以指示存在破损/破裂转子条。如果步骤416处的确定为否定，则流程图400循环返回到步骤404以获取新的信号的集合。
[0106]
总之，应当理解，与图3不同，在如图4所示的示例性实施例中不获取线电流/相电流。在图4中，如图4的步骤406所示，通过提取加和端罩泄漏通量信号的基波分量fs计算转差值，该基波分量fs然后被用于从振动信号的频谱识别基波旋转频率分量fr。如图4的步骤410所示，仅使用振动信号以计算blv。
[0107]
在电机的在线运行期间检测破损或破裂转子条的方法的实验结果
[0108]
在各种状况下对本文公开的检测电机中的转子条故障(例如，破损或破裂转子条)的方法进行测试，以与本领域已知的常规技术相比评估其性能。
[0109]
图5a是呈现在2hp(马力)三相感应电动机的75％载荷状况下对于44个转子条中的1-条和2-条破损状况测量的线电流的频谱的曲线图500。图5b是呈现在2hp三相感应电动机的满载运行状况下对于44个转子条中的1-条和2-条破损状况测量的加速度的频谱的曲线图502。图5c是呈现在2hp三相感应电动机的满载运行状况下对于44个转子条中的1-条和2-条破损状况测量的加和端罩泄漏通量的频谱的曲线图504。
[0110]
根据图5a和图5c，加和端罩泄漏通量和线电流的基波分量fs的特征在于频谱中的最高幅度。因此，如图5b所示，基波分量fs可以很容易地被提取并且然后被用于识别振动频谱中的基波旋转频率分量fr。在振动谱中接近且小于的频率分量是基波旋转频率分量fr。使用fs和fr的值计算转差，该转差然后被使用以提取由f
brb
＝fs(1
±
kps)给出的破损/破裂纹转子条频率特征。
[0111]
图6a至图6c示出呈现2hp三相感应电动机的各种载荷状况和故障严重性状况下的加和端罩泄漏通量信号的频谱的曲线图。图6a是呈现2hp三相感应电动机的47％载荷状况和满载转差为1.5％情况下的加和端罩泄漏通量信号的频谱的曲线图600。图6b是呈现2hp三相感应电动机的55％载荷状况和满载转差为2％情况下的加和端罩泄漏通量信号的频谱的曲线图602。图6c是呈现2hp三相感应电动机的75％载荷状况和满载转差为2.7％情况下的加和端罩泄漏通量信号的频谱的曲线图604。
[0112]
根据从图6a至图6c的曲线图，在各种故障严重程度和载荷状况下，清楚的是在fs(1-sp)和fs(1+sp)的频率形成侧峰。这些侧峰是指示转子条故障(例如，(一个或多个)破损/破裂转子条)的故障特征，这些故障特征在fs(1-sp)和fs(1+sp)的频率感应出加和端罩泄漏通量信号。对于健康的转子条，侧峰的幅度相对较小。因此，本文公开的基于加和端罩泄漏通量信号的技术可以在各种故障严重程度下的广泛运行状况下检测破损/破裂转子
条。
[0113]
在电机的在线运行期间检测破损或破裂转子条的方法与常规技术的性能比较
[0114]
图7a是呈现1-破损条(2.3％)情况下的破损转子条(brb)检测的各种技术的经典边带与对应基波分量的幅度比的曲线图700。在10秒的时间窗口内以10khz的采样频率捕获电流、振动和加和端罩泄漏通量信号，并然后实施fft计算，以将时域信号转换到频域。从频谱，对于电流、振动和磁泄漏通量信号提取与破损转子条故障对应的基波(供给)频率分量周围的边带。然后，在图7a和图7b中计算和呈现基波分量周围的边带的总rms值与基波分量本身的幅度比。
[0115]
图7b是呈现2-破损条(4.5％)情况下的破损转子条(brb)检测的各种技术的经典边带与对应基波分量的幅度比的曲线图702。本文所公开的技术被标记为“提出”，电动机电流特征分析(mcsa)技术被标记为“电流”和“mcsa”，基于振动的技术被标记为“振动”。
[0116]
如图7a所示，在2％转差下，在1-破损转子条故障处出现最低的幅度比，对于这一点，与常规的基于端电流和振动的技术相比，本文所公开的技术(标记为“提出”)的灵敏度提高30％。对于使用同步分量周围的经典边带的破裂转子条检测，本文所公开的技术的百分比偏差比常规的基于振动的技术好。mcsa被观察为是最不敏感的技术。因此，结果表明，当使用经典边带分析时，本文所公开的技术优于mcsa和基于振动的技术。与在工业中广泛应用的现有技术相比，本文所公开的技术可以早得多地检测破损/破裂转子故障。
[0117]
图8是用于示出示例性实施例中的估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法的示意性流程图800。在步骤802，在时段内从电机获取在线信号的集合，所述信号的集合包括至少一个振动信号、至少一个磁通量信号和至少一个电流信号。在步骤804，从在线信号的集合提取在线异常指示符值。在步骤806，将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较。在步骤808，当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定机械异常的存在。在步骤810，计算时间帧内的附加运行支出，所述时间帧从当确定机械异常时的实例开始，直到当电机的总体振动速度预计到达限定的不可接受范围时的实例为止。可以使用机械异常特征(例如，频率特征)获得/计算异常指示符值，这些频率特征是诸如未对准或不平衡或机械松动之类的机械异常的特性。可以根据从电机获取的信号(例如，加和端罩泄漏通量信号或线电流/相电流)的集合提取频率特征。
[0118]
从电机获取的信号的集合可以包括但不限于机械信号、磁信号和电信号。机械信号可以包括但不限于振动信号，例如，诸如加速度之类的电动机振动信号。磁信号可以包括但不限于磁通量信号，例如，诸如端罩泄漏通量信号之类的磁泄漏通量信号。电信号可以包括但不限于电机的相电流或线电流。在一些示例性实施例中，从电机获取的信号的集合是选自包括电机的振动信号、磁泄漏通量信号以及相电流或线电流的组中的一个或多个。在一个示例性实施例中，从电机获取的信号的集合包括至少一个振动信号和至少一个相电流或线电流。在另一示例性实施例中，从电机获取的信号的集合包括至少一个振动信号和至少一个磁泄漏通量信号。
[0119]
可以使用包括但不限于有源的基于霍尔效应的通量传感器或无源线圈的传感器在在线运行状况下测量磁信号，例如，磁通量信号。磁通量信号的获取可以包括在在时段内从电机获取信号的集合之前在电机的外表面上定位两个或更多个通量传感器。电机的外表面可以包括诸如机器的外表/外部之类的表面或包括但不限于电机的外表/外部的暴露表
面。电机的外表面在无需拆卸电机的情况下可从电机外部接近。在一个示例中，电机(例如，感应电动机(im))的外表面可以指im的端罩。通过在电机的外表面上定位两个或更多个通量传感器，可以在机器在线运行时执行该方法。即，可以在不使电机离线(例如，使电机从电力系统网络断开)的情况下执行该方法。此外，通过在电机的外表面上定位两个或更多个通量传感器，可以以非侵入性方式(即，不实质性地拆卸机器，例如，拆卸电动机或发电机的定子和转子)执行该方法。
[0120]
可以使用能够测量位移、速度和/或加速度的运动传感器测量机械信号。可以使用一个或多个运动传感器(例如，加速计)测量电动机振动信号(例如，加速度)。加速计可以在电动机的外表面上被安装在驱动端或非驱动端处，该加速计感测径向加速度或轴向加速度或两者。由加速计测量的加速度可能例如由于电机的振动。如果在电机中存在机械异常，则可能出现电机的(附加)加速/振动。
[0121]
本领域技术人员可以理解，对于电信号，电流是大多数电气系统中固有的。本领域技术人员可以使用合适的方法和装置获取电流测量。例如，可以使用电流互感器(ct)、rogowski线圈、分流电阻器和基于霍尔效应的电流感测仪器/传感器等感测线电流/相电流。
[0122]
信号的集合是在时段内从电机获取的。时段指的是时间帧，在该时间帧内获取用于检测存在机械异常的信号的集合。时段的范围可以为从1秒至20秒、从2秒至19秒、从3秒至18秒、从4秒至17秒、从5秒至16秒、从6秒至15秒、从7秒至14秒、从8秒至13秒、从9秒至12秒或从10秒至11秒。
[0123]
阈值可以用百分比表示。例如，当在线异常指示符值以至少约1％、至少约2％、至少约3％、至少约4％、至少约5％、至少约6％、至少约7％、至少约8％、至少约9％或者至少约10％的阈值偏离基线异常指示符值时，可以确定机械异常的存在。在一个实施例中，当在线异常指示符值以约1％的最小阈值偏离基线异常指示符值时，确定机械异常的存在。理论上，可靠的异常检测需要比基线值大1％的最小阈值值设定。然而，应当理解，阈值值设定是主观的，它可以比在健康运行状况下测量的基线值大高达5％。
[0124]
在示例性实施例中，方法还可以包括从电机获取在线信号的集合的步骤之前的校准步骤，例如初始校准。在校准过程中，基线负载值(blv)的集合可以被测量并存储在数据库中以用于各种载荷状况。blv的集合可以是选自包括电机的速度值(例如，轴速度值)、转差值和电流值(例如，相电流或线电流的rms值)的组中的一个或多个。可以选择负载值阈值(lvt)。lvt可以是blv的
±
1％、
±
2％、
±
3％、
±
4％、
±
5％、
±
6％、
±
7％、
±
8％、
±
9％或
±
10％。在校准期间，基线异常指示符值(baiv)的集合还可以被测量并存储在数据库中以用于各种载荷状况。每个baiv代表限定的载荷状况下的健康电机(即，不存在转子条故障)的基线值。可以选择异常指示符阈值(ait)。ait可以是baiv的
±
1％、
±
2％、
±
3％、
±
4％、
±
5％、
±
6％、
±
7％、
±
8％、
±
9％或
±
10％。
[0125]
各种载荷状况的范围可以为从电机的空载(即0％载荷)状况到满载(即100％载荷)状况。可以以电机的1％载荷增量(例如0％、1％、2％、3％、4％、5％等)、2％载荷增量(例如0％、2％、4％、6％、8％、10％等)、5％载荷增量(例如0％、5％、10％、15％、20％、25％等)、10％载荷增量(例如0％、10％、20％、30％、40％、50％等)或20％载荷增量(例如0％、20％、40％、60％、80％、100％等)，从电机的0％载荷到100％载荷测量blv。
[0126]
方法的示例性实施例可以有利地允许即使在电机在线运行时也连续在线监视电机的一个或多个机械异常。可以用可以很容易地改装到现有机器(例如，电动机或发电机)的外表面而无需拆卸机器的传感器执行该方法，从而提供检测一个或多个机械异常的非侵入性的方法并估计由于一个或多个机械异常导致的附加运行支出。甚至更有利的是，与常规技术相比，该方法的示例性实施例可以更灵敏。基于多特征的状况监视允许在广泛的运行状况下进行异常检测，并避免虚假警报。
[0127]
图9是示出示例性实施例中的估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出(opex)的方法/技术的示意性流程图900。图9示出用于opex计算和早期维护推荐的实施例之一。特殊配置/设计的监控系统可以被用于实施估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出(opex)的方法。在图9中描述的方法包括两个不同的阶段，即校准和在线监视，这两个阶段均涉及数据获取、信号处理和幅度提取。
[0128]
在步骤902，在在线运行期间使电动机或发电机通电。在图2a和图2b中示出电动机或发电机的示例性实施例。通过使变化的电流通过电动机的定子的绕组以产生变化的磁通量使得变化的磁通量能够感应转子和轴构件绕其各自的轴旋转，可以使电动机通电。通过驱动发电机的转子和轴构件绕其各自的纵轴旋转以产生与发电机的定子的绕组链接的变化磁通量使得变化磁通量能够在定子的绕组中感应电动势，可以使发电机通电。
[0129]
在步骤904，在时段内从电机获取信号/数据的集合。信号/数据的集合可以是在校准(例如，初始校准)期间从电机获取的基线信号/数据的集合。信号/数据的集合也可以是在时段内的在线监视期间从电机获取的在线信号/数据的集合。数据获取涉及诸如电动机振动(加速度，v
acc
)以及线电流/相电流(ia或ib或ic)或(i
ab
或i
bc
或i
ca
)中的任一个之类的信号的获取。可以使用一个或多个运动传感器(例如，加速计)获取电动机振动信号(加速度，v
acc
)。可以使用本领域已知的合适方法和装置(例如，电流互感器(ct)、rogowski线圈、分流电阻器和基于霍尔效应的电流感测仪器/传感器等)获取电机的相电流或线电流。
[0130]
在步骤906，使用捕获的振动信号计算总体振动速度。如步骤926所示，以规则间隔在时段内计算总体振动速度，并将其存储在数据库中。间隔可以从低至20秒变化到高至一天，具有1秒至20秒的时段。
[0131]
在步骤908，对照振动速度值的参考范围检查总体振动速度。根据iso 20816-1:2016标准，确定总体振动速度是否处于“不可接受”或“不推荐”值。如果总体振动速度在推荐的值范围之外，则流程图900进行到步骤910。在步骤910，触发通知以告知用户实施电机的维护。如果总体速度在推荐值内，则流程图900进行到实施进一步的信号处理的步骤912。
[0132]
在步骤912，从步骤304获取的时域信号然后通过快速傅里叶变换(fft)或离散傅里叶变换(dft)被转换到频域。然后基于获得的各种信号计算负载值的集合。在初始校准阶段期间，计算的负载值的集合是基线负载值的集合。在在线监视期间，计算的负载值的集合是可以在1秒至20秒的时段内计算的在线负载值的集合。负载值的集合可以包括电机的轴速度值、转差值以及相电流或线电流的rms值。对于线电流或相电流，在时域中计算rms值。从电流的频谱提取线电流/相电流的基波分量fs。然后使用基波分量fs以识别振动信号的频谱中的旋转频率分量fr。在振动谱中接近且小于的频率分量是基波旋转频率
分量fr。然后，从fs和fr计算由给出的转差值。从来自振动信号的频谱的基波旋转频率分量fr计算轴速度
[0133]
在步骤914，从线电流/相电流提取频率特征，这些频率特征是由f
ma
＝fs±fr
给出的诸如未对准或不平衡或机械松动之类的机械异常的特性。然后，频率特征用于使用以下公式计算异常指示符值：
[0134][0135]
异常指示符值可以是在校准阶段期间计算的基线异常指示符值或者在在线监视阶段期间计算的在线异常指示符值。
[0136]
应当理解，对于在线监视和校准阶段两者，均执行从步骤902到步骤914的功能。在在线监视阶段之前，实施初始校准。在图9的步骤918中示出初始校准的示例。对于初始校准和在线监视阶段，如步骤916所示，由用户在监视系统中输入诸如待监视装备的极数(p)、满载电流、满载转差(s)、电价(e
t
)、定子电阻和转子电阻(rs和rr)的细节。
[0137]
在步骤918，在初始校准期间，基线负载值(blv)的集合被测量并存储在数据库中以用于各种载荷状况。各种载荷状况的范围可以为从电机的空载(即，0％载荷)状况到满载(即100％载荷)状况。blv的集合可以是选自包括电机的轴速度值、转差值以及相电流或线电流的rms值的组中的一个或多个。blv可以来自加速度(其为blv
acc
)，或者来自线电流或相电流ia或i
ab
(其为blv
curr
)。blv
acc
是从相电流或线电流的fs和v
acc
的fr计算的转差值(s)；或者从v
acc
的fr计算的轴速度blv
curr
是关于(相对于)由用户输入的满载电流值从在在线运行状况下测量的电流的rms值估计的载荷值。选择负载值阈值(lvt)，其通常为blv
acc
或blv
curr
的100
±
(2％至3％)。实际上，
±
2％至
±
3％的公差通常足以检查在线运行状况下的估计的载荷值是否在基线值内。
[0138]
除了blv，初始校准阶段还涉及使用由于机械异常导致的线电流/相电流中的频率特征的幅度来计算baiv，如下：
[0139][0140]
以5％或10％或20％的间隔从空载(0％)到满载(100％)的各种载荷状况下的baiv被计算并存储在数据库中。选择异常指示符阈值(ait)，其通常》baiv的101％。理论上，可靠的异常检测需要比基线值大1％至2％的最小阈值值设定。然而，应当理解，阈值值设定是主观的，它可以比在健康运行状况下测量的基线值大高达5％。
[0141]
在步骤920，在电机的在线监视期间，将在线负载值的集合与在初始校准期间测量的基线负载值(blv)的集合进行比较，以识别与在线负载值的集合对应的适当载荷状况(即“对应载荷状况”)。在示例性实施例中，在在线监视阶段期间，将线电流/相电流的rms值或转差值或轴速度与基线测量(blv
curr
×
lvt)或(blv
acc
×
lvt)进行比较。识别适当的载荷状
况，并选择其对应的baiv，该对应的baiv然后在步骤922中被用于与在线异常指示符值比较。
[0142]
在步骤922，将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较。确定在线异常指示符值是否大于(baiv
×
ait)，即在线异常指示符值是否大于baiv乘以阈值。如果步骤922处的确定为肯定(即，在线异常指示符值大于(baiv
×
ait))，则流程图900进行到步骤924和928。在步骤924，触发通知以指示存在机械异常，例如未对准或机械松动。在步骤928，实施进一步的处理，以计算由于机械异常导致的附加功率损失。如果步骤922处的确定为否定，则流程图900循环返回到步骤904以获取新的信号的集合。
[0143]
在示例性实施例中，除了检测机械异常以外，如步骤928和930所示，还实施附加功率损失、趋势分析和opex的计算和通知。
[0144]
在步骤928，计算由于机械异常导致的附加运行支出。使用公式p
ma-cu
＝3
×
(rs+rr)
×ima2
计算机械异常状况下的附加铜损。i
ma
是在在线运行状况下由于机械异常导致的频率特征的rms值与在初始校准期间测量和存储的基线值之间的差值。如步骤926所示，计算的铜损、由于机械异常导致的附加电流和总体振动以规则间隔存储在数据库中。间隔可以从低至20秒变化到高至一天。
[0145]
在步骤930，基于在步骤926存储在数据库中的总体振动速度计算总体振动速度的趋势。使用存储在数据库中的总体振动的历史数据，实施内插和外推以估计时间帧，在该时间帧总体振动速度预计到达根据标准iso 20816-1:2016的“不可接受范围”或“不推荐范围”。如步骤930所示，计算由于达到总体振动速度预计到达“不可接受范围”的估计时间帧的机械异常而产生的附加opex,a-opx
ma
。a-opx
ma
和p
ma-cu
提供关于附加成本和机器损失的深刻信息，与基于振动的常规维护规划相比，可以使用这些信息以更早地规划维护。
[0146]
在步骤932，触发通知以提供直到基于振动的常规维护规划为止的估计opex。
[0147]
图10是示出另一示例性实施例中的估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出(opex)的方法/技术的示意性流程图1000。图10示出基于加和端罩泄漏通量信号的opex计算和早期维护推荐的另一实施例。可以使用特殊配置/设计的监控系统，以实施估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出(opex)的方法。在图10中公开的技术包括两个不同的阶段，即校准阶段和在线监视阶段，这两个阶段均涉及数据获取、信号处理和幅度提取。
[0148]
在步骤1002，在在线运行期间使电动机或发电机通电。在图2a和图2b中示出电动机或发电机的示例性实施例。通过使变化的电流通过电动机的定子的绕组以产生变化的磁通量使得变化的磁通量能够感应转子和轴构件绕其各自的轴旋转，可以使电动机通电。通过驱动发电机的转子和轴构件绕其各自的纵轴旋转以产生与发电机的定子的绕组链接的变化磁通量使得变化磁通量能够在定子的绕组中感应电动势，可以使发电机通电。
[0149]
在步骤1004，在时段内从电机获取信号/数据的集合。信号/数据的集合可以是在校准(例如，初始校准)期间从电机获取的基线信号/数据的集合。信号/数据的集合也可以是在时段内的在线监视期间从电机获取的在线信号/数据的集合。数据获取涉及诸如电动机振动(加速度，v
acc
)和加和端罩泄漏通量之类的信号的获取。
对于p极机器，p个无源的或基于霍尔效应的非侵入式磁通量传感器以的角度位移安装在机器的驱动端或非驱动端(分别比较图2a的206和图2b的208)。换句话说，p个通量传感器靠近定子沿其圆筒形框架的圆周定位(比较图2a和图2b的202)，使得沿圆筒形框架的圆周的任何两个相邻通量传感器相对于圆筒形框架的纵轴具有360/p度的角度间隔，其中，p代表电动机或发电机的总极数。从p个通量传感器获取p个泄漏通量信号的集合。然后，加和由通量传感器中的每一个测量/感测的泄漏通量(诸如由通量传感器中的每一个测量/感测的泄漏通量(诸如)，以获得加和信号然后如步骤1004所示的那样获取这些信号。可以使用一个或多个运动传感器(例如，加速计)获取电动机振动信号(加速度，v
acc
)。
[0150]
在步骤1006，使用捕获的振动信号计算总体振动速度。如步骤1026所示，以规则间隔在时段内计算总体振动速度，并将其存储在数据库中。间隔可以从低至20秒变化到高至一天，具有1秒至20秒的时段。
[0151]
在步骤1008，然后对照振动速度值的参考范围检查总体振动速度。根据iso 20816-1:2016标准，确定总体振动速度是否处于“不可接受”或“不推荐”值。如果总体振动速度在推荐的值范围之外，则流程图1000进行到步骤1010。在步骤1010，触发通知以告知用户实施电机的维护。如果总体速度在推荐值内，则流程图1000进行到实施进一步的信号处理的步骤1012。
[0152]
在步骤1012，从步骤1004获取的时域信号然后通过快速傅里叶变换(fft)或离散傅里叶变换(dft)被转换到频域。然后基于获得的各种信号计算负载值的集合。在初始校准阶段期间，计算的负载值的集合是基线负载值的集合。在在线监视期间，计算的负载值的集合是可以在1秒至20秒的时段内的在线监视期间计算的在线负载值的集合。负载值的集合包括电机的轴速度值和转差值。由给出转差值，其中，fs是加和端罩泄漏通量的基波频率，fr是电动机振动信号(加速度，v
acc
)的基波旋转频率。从来自振动信号的频谱的基波旋转频率分量fr计算轴速度
[0153]
在步骤1014，使用加和端罩泄漏通量信号以提取作为机械异常的特性的频率特征。然后，频率特征用于使用以下公式计算异常指示符值：
[0154][0155]
异常指示符值可以是在校准阶段期间计算的基线异常指示符值或者在在线监视阶段期间计算的在线异常指示符值。
[0156]
应当理解，对于在线监视和校准阶段两者，均执行从步骤1002到步骤1014的功能。在在线监视阶段开始之前，实施初始校准。在图10的步骤1018中示出初始校准的示例。对于初始校准和在线监视阶段，如步骤1016所示，由用户在监视系统中输入诸如待监视装备的极数(p)、满载电流、满载转差(s)、电价(e
t
)、定子电阻和转子电阻(rs和rr)和各种载荷状况
下的机械异常特征的rms值的平均的细节。
[0157]
在步骤1018，在初始校准期间，基线负载值(blv)的集合被测量并存储在数据库中以用于各种载荷状况。各种载荷状况的范围可以为从电机的空载(即，0％载荷)状况到满载(即100％载荷)状况。blv的集合可以是选自包括电机的轴速度值和转差值的组中的一个或多个。blv可以来自加速度(其为blv
acc
)。blv
acc
是从加和端罩泄漏通量的基波频率fs和各种载荷状况的电动机振动信号(加速度，v
acc
)的基波旋转频率fr计算的转差值。可以从电动机振动信号(加速度，v
acc
)的基波旋转频率fr计算轴速度选择负载值阈值(lvt)，其通常为blv
acc
或blv
curr
的100％
±
(2％至3％)。实际上，
±
2％至
±
3％的公差通常足以检查在线运行状况下的估计的载荷值是否在基线值内。
[0158]
除了blv，初始校准阶段还涉及使用由于机械异常导致的加和端罩泄漏通量信号中的频率特征的幅度计算baiv，如下：
[0159][0160]
以5％或10％或20％的间隔从空载(0％)到满载(100％)的各种载荷状况下的baiv被计算并存储在数据库中。选择异常指示符阈值(ait)，其通常》baiv的101％。理论上，可靠的异常检测需要比基线值大1％至2％的最小阈值值设定。然而，应当理解，阈值值设定是主观的，它可以比在健康运行状况下测量的基线值大高达5％。
[0161]
在步骤1020，在电机的在线监视期间，将在线负载值的集合与在初始校准期间测量的基线负载值(blv)的集合进行比较，以识别与在线负载值的集合对应的适当载荷状况(即“对应载荷状况”)。在示例性实施例中，在在线监视阶段期间，将来自振动信号的转差值或轴速度与基线测量(blv
acc
×
lvt)进行比较。识别适当的载荷状况，并选择其对应的baiv，该对应的baiv然后在步骤1022中被用于与在线异常指示符值比较。
[0162]
在步骤1022，将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较。确定在线异常指示符值是否大于(baiv
×
ait)，即在线异常指示符值是否大于baiv乘以阈值。如果步骤1022处的确定为肯定(即，在线异常指示符值大于(baiv
×
ait))，则流程图1000进行到步骤1024和1028。在步骤1024，触发通知以指示存在机械异常，例如未对准或机械松动。在步骤1028，实施进一步的处理，以计算由于机械异常导致的附加功率损失。如果步骤1022处的确定为否定，则流程图1000循环返回到步骤1004以获取新的信号的集合。
[0163]
在示例性实施例中，除了检测机械异常以外，如步骤1028和1030所示，还实施附加功率损失、趋势分析和opex的计算和通知。
[0164]
在步骤1028，计算由于机械异常导致的附加运行支出。使用公式p
e-ma-cu
＝(3
×
(rs+rr)
×ie-ma2
)
×ia-ma2
计算机械异常状况下的附加铜损。由于机械异常导致的电流的附加百分比的估计值关于加和端罩泄漏通量表示为i
a-ma
是在本实施例中装备铜损计算需要的附加参数。各种载荷状况下的机械异常特征的rms值的平均为i
a-ma
，该值
要在初始校准阶段中由用户输入，如步骤1016所示。如步骤1026所示，计算的铜损、由于机械异常导致的附加电流和总体振动以例如从低至20秒到高至一天的规则间隔存储在数据库中。
[0165]
在步骤1030，基于在步骤1026存储在数据库中的总体振动速度计算总体振动速度的趋势。使用存储在数据库中的总体振动的历史数据，实施内插和外推以估计时间帧，在该时间帧总体振动速度预计到达根据标准iso 20816-1:2016的“不可接受范围”或“不推荐范围”。如步骤1030所示，计算由于达到总体振动速度预计到达“不可接受范围”的估计时间帧的机械异常导致的附加opex,a-opx
ma
。a-opx
ma
和p
e-ma-cu
提供关于附加成本和机器损失的深刻信息，与基于振动的常规维护规划相比，可以使用这些信息以更早地规划维护。
[0166]
在步骤1032，触发通知以提供直到基于振动的常规维护规划为止的估计opex。
[0167]
估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出(opex)的方法的实验结果
[0168]
图11是呈现10hp三相感应电动机在74％载荷状况下的线电流之一的频谱的曲线图1100。在方框1102和1104中分别示出边带(fs–fr
)和(fs+fr)的放大示图。清楚的是，电动机和负载之间的各种增加程度的未对准导致频率特征(fs±fr
)的幅度增加。
[0169]
图12a是呈现在不同载荷状况下各种程度的未对准下的振动速度的曲线图1200。图12b是呈现在不同载荷状况下各种程度的未对准下的(fs±fr
)分量的总rms值的曲线图1202。
[0170]
如图12a所示，装备的总体振动速度随着未对准程度的增加而增加。图12a的圈出区域呈现感应电动机在74％载荷状况下对于各种程度的未对准的总体振动速度(以mm为单位测量)。在图11中示出该对应载荷状况的线电流的频谱。根据图11和图12a，清楚的是，由于未对准导致的端电流的频率特征的幅度和总体振动速度随着未对准程度的增加而增加。在代表由于未对准导致的端电流中的频率特征的总rms值的图12b中，该现象是清楚的。
[0171]
根据图12b，电动机在未对准或其它机械异常(诸如机械松动或不平衡)下汲取的电流随着异常程度的增加而增加。从图12a可以看出，74％负载的总体振动速度没有到达不令人满意的水平。然而，如图12b的圈出区域所示，对于相同的载荷状况，对于各种未对准程度由于未对准导致的(fs±fr
)分量的总rms值增加。常规上，当总体振动速度到达根据iso标准的不可接受范围或由工厂维护工程师确定的推荐值时规划维护。根据图12a，尽管对于74％载荷状况总体振动未到达不可接受范围(即大于7mm/sec的幅度)，但电动机在未对准情况下汲取的电流随着异常程度的增加而增加。由于频率特征(fs±fr
)是次谐波和间谐波分量，因此铜损增加，这反过来增加定子和转子的温度，由此缩短装备的使用寿命长度并增加opex。由此，通过考虑未对准和诸如松动和不平衡状况之类的其它机械异常情况下的功率损失，可以推荐有效的维护规划。
[0172]
在所描述的示例性实施例中，提供用于检测电机(例如，使用端罩泄漏通量的旋转电磁机器)的转子条故障(例如，破损/破裂转子)的存在的非侵入性且灵敏的在线技术。另外，提供使用端罩泄漏通量或端电流的在诸如未对准或不平衡或机械松动之类的机械异常情况下的运行支出(opex)减少。本文所公开的技术是有利地能够昼夜不断地连续监视的在线技术。
[0173]
在所描述的示例性实施例中，本文公开的技术是非侵入性的，并且可以容易地改
装到现有的电磁机器。本文所公开的技术可以与电磁旋转机器的端电流和振动信号集成，以增强各种载荷状况下的故障检测能力并规划有效的维护。这可以有利地提供能够在广泛的运行状况下检测异常的基于多特征的状况监视，并避免虚假警报。本文公开的在线方法可以适用于在电动车辆、发电厂、起重机、电梯、印刷机、轧钢机、冷却和通风系统、流体循环泵、船舶和火车推进系统、诸如化学、造纸、纸浆、水泥、纺织、包装等工业中使用的所有旋转电磁机器。
[0174]
在所描述的示例性实施例中，本文公开的技术提供对现有常规技术的显著改进。常规上，通过电动机电流特征分析(mcsa)和振动特征分析检测和诊断破损/破裂转子故障。在所描述的示例性实施例中，基于加和端罩泄漏通量的用于破损/破裂转子条故障检测的在线方法是非侵入性的，并且比使用基波分量周围的经典边带的基于电流和振动的技术敏感30％。本文所公开的在线技术能够相对于现有技术相对更早地检测破损/破裂转子条，从而避免高的维修工作成本或任何灾难性失效。常规上，基于振动的维护规划在工业中被广泛采用，它不考虑直到振动水平到达根据iso标准的“不可接受”或“不推荐”值为止的附加opex。在所描述的示例性实施例中，本文公开的在线方法计算用户在在装备中的机械异常情况下直到到达维护规划为止正在支付的附加opex。相对于常规的基于振动的维护规划，基于端电流或加和端罩泄漏通量以计算机械异常情况下的旋转电磁感应机器的功率损失和opex的在线方法能够推荐早期维护规划。具有早期且高效的维护规划可以避免由于铜损导致的附加opex，避免由于附加损失导致的资产健康状况恶化，并提供装备使用寿命长度的最大化利用。
[0175]
除非另有说明，否则在本说明书中使用的术语“耦合”或“连接”旨在涵盖直接连接或通过一个或多个中间手段连接。
[0176]
在某些部分中，本文的描述可以被明确或隐含地描述为对计算机存储器或电子电路内的数据进行运算的算法和/或函数运算。这些算法描述和/或函数运算通常由信息/数据处理领域的技术人员用于有效描述。算法通常与导致期望的结果的一系列自洽的步骤有关。算法步骤可以包括物理量(诸如能够被存储、传输、传送、组合、比较和以其它方式操作的电、磁或光信号)的物理操作。
[0177]
此外，除非另有明确说明，并且通常从下文中显而易见，本领域技术人员将理解，在本说明书中，使用诸如“扫描”、“计算”、“确定”、“替换”、“生成”、“初始化”和“输出”等术语的讨论指的是指示处理器/计算机系统或类似电子电路/器件/部件的动作和过程，其将表现为描述的系统内的物理量的数据操纵/处理和转换为类似地表现为系统或其它信息存储、传送或显示设备等内的物理量的其它数据。
[0178]
可以在专门配置为用于执行所述方法的步骤的机器/装置中实现本文所述的算法。这种装置可以为这些方法的目的而专门构造，或者可以包括通用计算机/处理器或由存储在存储构件中的计算机程序选择性地激活或重新配置的其它机器。本文描述的算法和显示与任何计算机或其它装置没有本质上的关联。应当理解，可以根据本文的教导使用通用设备/机器。或者，可能希望构造用于执行方法步骤的专用机器/装置。
[0179]
例如，可以提供用于检测转子条故障的系统以及估计由于电机中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的系统。系统可以包括用于提供电力以操作系统的电源单元、用于接收在时段内从机器获取的信号的集合的接收器单元、用于预处理信号的集合的信号
预处理单元；以及数字信号处理器(dsp)或现场可编程门阵列(fpga)或微控制器或微处理器。从电机获取的信号的集合可以包括但不限于机械信号、磁信号和电信号。dsp/fpga/微控制器/微处理器可以被配置为执行各种任务，诸如：从信号的集合提取异常指示符值，将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较，以及当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定存在转子条故障(例如，破损/破裂转子条故障)或机械异常(例如，未对准、不平衡或机械松动)，以及估计由于一个或多个机械异常导致的运行支出。dsp/fpga/微控制器/微处理器还可以被配置为在确定破损/破裂转子条故障或机械异常时触发指示存在破损/破裂转子条故障或机械异常的跳闸信号。该系统还可以包括连接到服务器(例如，基于云的iot(物联网)服务器)的通信单元。例如，连接到基于云的iot服务器的系统可以用于远程监视和检测电机的在线运行期间的转子条故障或机械异常。
[0180]
在示例性实施例中，可以提供上面存储有软件指令的非暂时性有形计算机可读存储介质。指令当由专门配置的用于检测电机的转子条故障的系统的计算机处理器执行时，导致计算机处理器通过执行包括以下的步骤执行检测电机的转子条故障的方法：在时段内从电机获取在线信号的集合，所述在线信号的集合包括至少一个振动信号和至少一个磁通量信号；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；以及当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定破损或破裂转子的存在。应当理解，本文描述的步骤可以是非顺序的，并且可以不按所列顺序排列。
[0181]
在另一示例性实施例中，可以提供上面存储有软件指令的非暂时性有形计算机可读存储介质。指令当由专门配置的用于估计由于电子机器中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的系统的计算机处理器执行时，导致计算机处理器通过执行包括以下的步骤执行估计由于电子机器中的一个或多个机械异常导致的附加运行支出的方法：在时段内从电机获取在线信号的集合，所述信号的集合包括至少一个振动信号、至少一个磁通量信号和至少一个电流信号；从在线信号的集合提取在线异常指示符值；将在线异常指示符值与对应载荷状况的基线异常指示符值进行比较；当在线异常指示符值偏离基线异常指示符值乘以阈值时，确定机械异常的存在；以及计算时间帧内的附加运行支出，所述时间帧从当确定机械异常时的实例开始，直到当电机的总体振动速度预计到达限定的不可接受范围时的实例为止。应当理解，本文描述的步骤可以是非顺序的，并且可以不按所列顺序排列。
[0182]
此外，应当认为，本说明书还隐含地涵盖了计算机程序，因为很清楚的是，本文所述方法的步骤可以通过计算机代码实施。应当理解，可以使用各种编程语言和代码以实现本文描述的教导。此外，计算机程序(如果适用)不限于任何特定的控制流并且可以使用不同的控制流而不脱离本发明范围。
[0183]
此外，计算机程序(如果适用)的一个或多个步骤可以并行和/或顺序地被执行。这种计算机程序(如果适用)可以存储在任何计算机可读介质上。计算机可读介质可以包括存储设备，诸如磁盘或光盘、存储器芯片或适于与合适的读取器/通用计算机接合的其它存储设备。在这种情况下，计算机可读存储介质是非暂时的。这种存储介质还涵盖所有计算机可读介质，例如，仅在短时间段内和/或仅在有电的情况下存储数据的介质，诸如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(ram)等。计算机可读介质甚至可以包括诸如在互联
网系统中例示的有线介质或者诸如在蓝牙技术中例示的无线介质。计算机程序当在合适的读取器上加载和执行时，有效地导致可以实现所描述的方法的步骤的装置。
[0184]
示例性实施例还可以实现为硬件模块。模块是被设计为与其它组件或模块一起使用的功能性硬件单元。例如，模块可以使用数字或分立电子部件实现，或者它可以形成诸如专用集成电路(asic)之类的整个电子电路的一部分。本领域技术人员将理解，示例性实施例也可以实现为硬件和软件模块的组合。
[0185]
此外，当描述一些实施例时，本公开可能已经公开作为特定步骤顺序的方法和/或过程。然而，应当理解，除非另有要求，否则该方法或过程不应限于所公开的特定步骤顺序。其它的步骤顺序也是可能的。本文公开的特定步骤顺序不应被解释为不适当的限制。除非另有要求，否则本文公开的方法和/或过程不应限于以书写的顺序实施的步骤。步骤的顺序可以改变，并且仍然在本公开的范围内。
[0186]
此外，在本文的描述中，词语“基本上”无论何时被使用都被理解为包括但不限于“整个”或“完全”等。此外，诸如“包含”、“包括”等术语无论何时被使用都旨在作为非限制性描述语言，因为它们广泛地包括在这些术语之后记载的要素/组成部分以及未明确记载的其它组成部分。例如，当使用“包含”时，对“一个”特征的提及也意在提及该特征的“至少一个”。在适当的上下文中，诸如“由
…
组成”和“由
…
构成”等术语可以被视为诸如“包括”和“包含”等术语的子集。因此，应当理解，在本文公开的使用诸如“包括”和“包含”等术语的实施例中，这些实施例使用诸如“由
…
组成”和“由
…
构成”等术语为对应实施例提供教导。此外，诸如“大约”和“约”等术语无论何时被使用，都通常意味着合理的变化，例如，公开的值的+/-5％的变化，或公开的值的4％的变化，或公开的值的3％的变化，公开的值的2％的变化，或公开的值的1％的变化。
[0187]
此外，在本文的描述中，可能在某个范围内公开某些值。表示范围端点的值旨在说明优选范围。只要描述了某个范围，就旨在该范围涵盖并教导所有可能的子范围以及该范围内的单个数值。即，范围的端点不应被解释为不灵活的限制。例如，1％至5％的范围的描述旨在具有特别公开的子范围1％至2％、1％至3％、1％至4％、2％至3％等以及该范围内的单独值，诸如1％、2％、3％、4％和5％。以上特定公开的意图适用于范围的任何深度/广度。
[0188]
可以在在计算机实现环境中执行的数据结构、程序模块、程序和计算机指令的语境中实现不同的示例性实施例。本文简要地公开了通用计算环境。可以在诸如图13示意性地示出的一个或多个计算机系统中实施一个或多个示例性实施例。
[0189]
一个或多个示例性实施例可以实现为软件，诸如在计算机系统1300内被执行并指示计算机系统1300执行示例性实施例的方法的计算机程序。
[0190]
计算机系统1300包括计算机单元1302、输入模块(诸如键盘1304和指向设备1306)以及多个输出设备(诸如显示器1308和打印机1310)。用户可以使用以上设备与计算机单元1302交互。可以用鼠标、轨迹球、笔设备或任何类似设备实现指向设备。一个或多个其它输入设备(未示出)(诸如操纵杆、游戏板、卫星接收器(satellite dish)、扫描仪或触敏屏幕等)也可以连接到计算机单元1302。显示器1308可以包括阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)、场发射显示器(fed)、等离子体显示器或产生用户可观看图像的任何其它设备。
[0191]
计算机单元1302可以经由适当的收发器设备1314连接到计算机网络1312，以使得能够访问例如因特网或诸如局域网(lan)或广域网(wan)或个人网络之类的其它网络系统。
网络1312可以包括服务器、路由器、网络个人计算机、对等设备或其它公共网络节点、无线电话或无线个人数字助理。可以在办公室、企业范围的计算机网络和家庭计算机系统等中找到联网环境。收发器设备1314可以是位于计算机单元1302内部或外部的调制解调器/路由器单元，并且可以是任何类型的调制解调器/路由器，诸如电缆调制解调器或卫星调制解调器。
[0192]
应当理解，示出的网络连接是示例性的，并且可以使用在计算机之间建立通信链路的其它方式。假定存在诸如tcp/ip、帧中继、以太网、ftp和http等各种协议中的任何一种，并且，可以以客户端-服务器配置操作计算机单元1302，以允许用户从基于web的服务器检索web页面。此外，可以使用各种web浏览器中的任一种以显示和操作web页面上的数据。
[0193]
示例中的计算机单元1302包括处理器1318、随机存取存储器(ram)1320和只读存储器(rom)1322。rom 1322可以是存储基本输入/输出系统(bios)信息的系统存储器。ram 1320可以存储一个或多个程序模块，诸如操作系统、应用程序和程序数据。
[0194]
计算机单元1302还包括数个输入/输出(i/o)接口单元，例如到显示器1308的i/o接口单元1324以及到键盘1304的i/o接口单元1326。计算机单元1302的组件通常经由互连系统总线1328并以相关领域技术人员已知的方式连接性地通信和接合/耦合。总线1328可以是几种类型的总线结构(包括存储器总线或存储器控制器、外围总线和使用各种总线架构中的任何一种的本地总线)中的任何一种。
[0195]
应当理解，其它设备也可以连接到系统总线1328。例如，通用串行总线(usb)接口可以用于将视频或数字相机耦合到系统总线1328。ieee 1394接口可以用于将附加设备耦合到计算机单元1302。其它制造商接口也是可能的，诸如由apple computer开发的firewire和由sony开发的i.link。设备到系统总线1328的耦合也可以经由并行端口、游戏端口、pci板或用于将输入设备耦合到计算机的任何其它接口。还应理解，尽管图中未示出组件，但可以使用麦克风和扬声器记录和再现声音/音频。声卡可以用于将麦克风和扬声器耦合到系统总线1328。应当理解，几个外围设备可以同时经由替代性接口耦合到系统总线1328。
[0196]
可以向计算机系统1300的用户供给应用程序，该应用程序被编码/存储在诸如cd-rom或闪存载体之类的数据存储介质上。可以使用数据存储设备1330的对应数据存储介质驱动器读取应用程序。数据存储介质不限于便携式，并且可以包括嵌入计算机单元1302中的实例。数据存储设备1330可以包括分别将硬盘驱动器和/或可移除存储器驱动器耦合到系统总线1328的硬盘接口单元和/或可移除存储器接口单元(两者均未详细示出)。这可以使得数据能够读取/写入。可移除存储器驱动器的示例包括磁盘驱动器和光盘驱动器。驱动器及其相关联的计算机可读介质(诸如软盘)为计算机单元1302提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。应当理解，计算机单元1302可以包括几个这样的驱动器。此外，计算机单元1302可以包括用于与其它类型的计算机可读介质接合的驱动器。
[0197]
应用程序在其执行过程中由处理器1318读取和控制。可以使用ram 1320实现程序数据的中间存储。示例性实施例的(一个或多个)方法可以实现为计算机可读指令、计算机可执行组件或软件模块。替代性地，可以使用一个或多个软件模块。这些可以包括可执行程序、数据链库、配置文件、数据库、图形图像、二进制数据文件、文本数据文件、目标文件或源
代码文件等。当一个或多个计算机处理器执行软件模块中的一个或多个时，软件模块交互以导致一个或多个计算机系统根据本文的教导执行。
[0198]
计算机单元1302的操作可以由各种不同的程序模块控制。程序模块的示例为执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、库等。也可以利用包括手持设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子产品、网络pc、微型计算机、大型计算机、个人数字助理和移动电话等其它计算机系统配置实施示例性实施例。此外，还可以在由通过无线或有线通信网络链接的远程处理设备执行任务的分布式计算环境中实施示例性实施例。在分布式计算环境中，程序模块可能同时位于本地和远程存储设备中。
[0199]
本领域技术人员将认识到，在不脱离广泛描述的本发明的范围的情况下，可以对特定实施例进行其它变化和/或修改。例如，在本文的描述中，不同示例性实施例的特征可以在不同示例性实施例之间混合、组合、交换、合并、采用、修改、包括等。因此，本实施例将在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。