谐波阻抗和导纳在任意给定的频率处,阻抗定义为电压和电流之比,导纳为阻抗的倒数。通常,电机的电压和中含有丰富的频率成分,属多频信号。根据信号分解和展开理论,这种多频信号可以表示为一系列具有不同频率的分量的线性组合。
如果假设u(t)和i(t)分别为电机的电压信号和电流信号,则两者可写为u(t)=∑Mm=1Umexp(j(ωmt+φm))与i(t)=∑Mm=1Imexp(j(ωmt+ψm))式中:M为信号谐波分量的总数;m=1,2,…,M;ωm为第m个谐波的频率;Um和φm分别为第m个电压谐波的幅值和相位;Im和ψm分别为第m个电流谐波的幅值和相位。
对于第m个谐波,谐波阻抗定义为Zm=Umexp(j(ωmt+φm))Imexp(j(ωmt+ψm))=UmImexp(j(φm-ψm))相应的谐波导纳Ym为谐波阻抗的倒数,即Ym=ImUmexp(j(ψm-φm))若获得全部M个谐波阻抗和导纳,并取其幅值,则可构造谐波阻抗谱和谐波导纳谱。
信号处理方法为了计算谐波阻抗和谐波导纳,必须首先提取电压和电流信号的频率分量,然后计算相应频率分量的比。传统的FFT谱估计技术可以用于这一目的。然而,为了获得好的估计精度,两个重要因素必须考虑,一是消除谱泄漏的影响,二是提高频率分辨率。频域内插技术是目前应用广泛而有效的方法,能够有效地抑制FFT的谱泄漏,并提供精确的幅值和频率数据。
内插算法的原理对于有限长信号,在离散傅里叶变换之前,相当于信号与一有限长度的时窗函数相乘。根据卷积定理,信号的傅里叶变换是信号的真实谱与时窗函数的傅里叶变换的卷积。因此,当信号频率不是采样频率的整数倍时,并且信号包含多频谐波时,信号的能量在离散谱中将分布在真实谱峰的周围,即产生所谓泄漏。
实验结果及比较实验在一台0175kW三相鼠笼式感应电机上进行。实验装置中接入了一台机电式转速计,用于将其读数与本文方法所求得的转速值进行比较分析。
电机系统的附加扭矩由一台机械摩擦式装置提供,电机的电压和电流信号由存储示波器采集并转换为数字信号,本文提出的算法则在微机上实现。
实验结果分析给出了电机供电频率f1=10Hz时的实验结果。采样频率选为50Hz,每个样本的长度为1024。实验在5个不同的负荷条件下进行。