在交流感应电机的状态检测盒诊断过程中转子或电机转速是非常重要和有用的参数之一。目前，感应电机转速可以通过有速度传感器技术和无速度传感器技术获取，前者通过在转子上同轴安装速度传感器，获取转速精度高，但是也显示了其在很多场合的使用，因此无速度传感器技术越来越受到重视。

无速度传感器技术在不增加传感器的情况下，通过当前易于获取的参数对电机转速进行估算的技术。当前存在多种电机转速估算技术，难以实现，其中定子电流信号，从中获取与转速相关的频率成分，降低了转速估计对电机参数和电机状态的依赖性。然而目前的定子电流谐波分析方法均是基于转子槽谐波分析，而电机的转子槽数往往难以获取，并且计算复杂，实时性差。针对上述现有方法的弊端，本文提出了一种新的感应电机转速测算方法，完全不依赖电机铭牌参数以外的参数，能减少计算的复杂程度，提高实时性，为电机状态监测与诊断提供准确而可靠的参数。

一、测量原理

1.1 转速峰和极通过频率峰

由于电机的电磁特性，通过获取电机转动下的电流信号，进行频谱分析，会存在转速频率和极通过频率对工频进行调制的信号，由于电流信号下工频占主导，同时存在高频谐波和高频噪声，很难发现和获取转速频率和极通过频率信号。如果可以获取准确的转速频率和极通过频率，通过如下折算公式，可以实现电机转速的获取：

公式1

rs＝RS×60（r/min）

rs＝（1- PPF/2（F1））fsynch×60（r/min）

Fsynch＝2F1/P

其中：

rs为电机转速，单位；r/min

 RS为转速，单位；Hz

PPF为极通过频率，单位：Hz

F1为工频，单位；Hz

 f synch为同步转速，单位；Hz

P为电机极数。

1.2 均方根解调技术

本文提出了基于均方根解调来获取电流信号频谱上的转速峰和极通过频率峰方法，其实质是：基于滑动窗口求取电流信号的均方根值，窗口宽度选为电流工频的周期长度，逐个窗口的求取信号的电流均方根值( RMS)值，即每次计算一个工频的电流RMS值，两个RMS值计算的重叠区域可以根据需要进行调整，然后对去除均值的RMS信号进行快速傅立叶变换，可以滤除工频信号及其谐波和高频信号，突出有用信号，即转速峰和极通过频率峰。

二、电机转速的测算

2.1 测算方案

如图1所示，为基于均方根解调获取感应电机转速的流程图。  

点击添加图片描述（最多60个字）

图1 均方根解调获取感应电机转速的流程图

首先以一定的采样频率采集电机定子三相电流，采样时间1-2分钟，对所采集到的电流信号做快速傅里叶变换，在频谱上获取工频。

然后对三相电流信号分别进行均方根解调，获得解调频谱。解调频谱的具体实现过程如下：

计算工频周期时间窗口宽度(是取大于的最小整数)，确定合适的滑动点用于在全部数据长度上进行滑窗计算，取整数，在进行滑窗计算的时候可以避免滑窗误差。

在全部数据长度上进行窗口宽度为，滑动点数为的滑窗计算，获得，为总的窗口数，对进行开方运算，获得电流均方根曲线。计算个窗口的总的电流均方根值的平均值。去除直流成分，获得电流均方根值变化曲线。

 对电流均方根值变化曲线做快速傅里叶变换，即可获取均方根解调频谱。

再然后，根据额定转速，估算转速峰查找范围以及极通过频率峰查找范围其中为同步转速，单位，为频谱分辨率，单位，为电机极数，在该范围内分别在三相电流均方根解调频谱上抓取转速峰和极通过频率峰。

根据上一步所获取的3个峰和3个峰，折算出6个电机转速值。

对利用3个峰和3个峰获得的6个电机转速值，进行一致性检查，其具体实现过程如图2所示。

点击添加图片描述（最多60个字）

图2 折算转速值一致性判断流程图

①计算平均值。

②计算相对偏差，去除相对偏差的转速值；然后，重复以上步骤，直到所有的相对偏差。

③若剩余转速值个数，计算其平均值作为终的电机转速测算结果；若剩余转速值个数，此次电机转速测算失败。

 后，即可获得电机转速测算结果。

2.2 测算结果分析

依据上述的算法实现流程，利用开口霍尔传感器和数据采集卡进行数据采集，利用LabVIEW进行数据处理和结果显示，电流解调频谱如下图所示，图3a为4极电机空载下的转速峰和极通过频率峰，图3b为4极电机重载下的转速峰和极通过频率峰，图3c为6极电机中载下的转速峰和极通过频率峰。

点击添加图片描述（最多60个字）

3a

点击添加图片描述（最多60个字）

3b

点击添加图片描述（最多60个字）

3c

图3 感应电机转述峰和即通过率峰

从上图可以看出，基于本算法查找的转速峰和极通过频率峰，在三相电流解调频谱上特征明显，同时具有很好的一致性，适用于各极数的电机和各种工况下。

将解调频谱中的转速峰和极通过频率峰利用公式1进行折算，并进行一致性检查后，输出转速测算结果，将其结果与转速测量仪器测(胜利DM6234P+)得的转速进行对比，如表格所示：

测量次数算法测算值转速测量仪测得值电机1  11494.61495.021494.14494.531495.21495.541494.71494.9电机2  11447.81446.921447.01447.331447.31447.6电机3  1989.4989.72990.2989.83989.9990.5

三、结束语

电机转速是感应电机电机控制和状态监测中非常重要和有用的参数之一，基于速度传感器技术的方法，需要在转子上同轴安装速度传感器，限制了其在很多场合的使用；现有的基于参数的电机转速估算技术，参数难以获取，模型难以实现；本文提出的基于均方根解调的电机转速测算方法，仅需要电机铭牌参数，可以实现准确可靠的电机转速测算，减少了计算的复杂程度，提高实时性。为电机状态监测与诊断提供准确而可靠的参数，具有很好的应用价值和前景。