感應電機轉(zhuǎn)子斷條故障診斷方法研究.pdf

1、感應電機以其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、可靠性高、維護方便而在工農(nóng)業(yè)中取得了廣泛應用。隨著現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)的飛速發(fā)展，電機的單機容量不斷增加，所驅(qū)動的負載也越來越復雜。電機故障不僅會損壞電機本身，嚴重時還會使電機突然停機、生產(chǎn)線崩潰，造成巨大的經(jīng)濟損失和災難性后果。歷史數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)子斷條是感應電機最常見的故障，占其全部故障種類的10％左右。因此，研究轉(zhuǎn)子故障診斷技術(shù)以在電機故障早期發(fā)現(xiàn)故障并及時進行維修，具有重大的理論意義和社會經(jīng)濟效益，這已成為國

2、內(nèi)外學者們一個熱點課題。本文基于對電機任意不對稱狀態(tài)非常敏感的電磁轉(zhuǎn)矩和有功、無功功率，提出了幾種轉(zhuǎn)子斷條故障診斷方法。這些參數(shù)由多路電壓電流信號計算得到，相對于單相定子電流信號，具有許多潛在優(yōu)點。 基于小波包頻帶分解技術(shù)提出了信號浮動閾值濾波算法，指出該方法相對于Fourier頻譜分析技術(shù)，對非平穩(wěn)信號消噪具有更好的效果。根據(jù)信號Hilbert變換對的正交性質(zhì)，提出了基于雙Hilbert變換的直流分量消去方法，指出其能夠?qū)崿F(xiàn)任

3、意非整周期信號中的直流分量的準確濾除。提出聯(lián)合經(jīng)驗模態(tài)分解及Hilbert譜分析技術(shù)的Hilbert-Huang變換。指出本征模函數(shù)的幅度和頻率允許改變，突破了傳統(tǒng)的基于恒幅、恒頻信號的Fourier展開，在對非平穩(wěn)信號分析時，具有自適應性。 分析了轉(zhuǎn)子斷條故障特征在電機啟動電磁轉(zhuǎn)矩信號中的表現(xiàn)形式及頻率變化規(guī)律。一方面，根據(jù)Hilbert-Huang變換中的經(jīng)驗模態(tài)分解原理，對電機電磁轉(zhuǎn)矩信號進行分解，得到若干本征模函數(shù)。通過

4、計算包含故障信息的本征模函數(shù)分量的瞬時頻率，檢測出轉(zhuǎn)子斷條故障。計算包含故障信息的本征模函數(shù)邊際譜，得到其與轉(zhuǎn)子連續(xù)斷條根數(shù)之間的關系，為電機故障嚴重程度評估提供了新的思路。另一方面，根據(jù)小波脊線算法提取出啟動電磁轉(zhuǎn)矩中故障特征在電機啟動過程中的頻率變化規(guī)律，檢測出轉(zhuǎn)子斷條故障。由于小波變換的能量守恒性，對應故障特征脊線上的小波系數(shù)模反映了該故障特征轉(zhuǎn)矩的幅值變化規(guī)律?；诖?，定義了脊線—小波能量譜的概念。將故障特征轉(zhuǎn)矩對應的脊線—小波

5、能量譜作為轉(zhuǎn)子故障特征，給出了轉(zhuǎn)子故障嚴重程度的表示方法。 基于電網(wǎng)電壓基波正序分量及其Hilbert變換構(gòu)造了新的坐標變換矩陣，定義了PQ變換的概念，提出了基于雙PQ變換的轉(zhuǎn)子斷條故障診斷方法原理。電機正常時，電機有功無功功率在PQ坐標系中對應于一個點；當電機發(fā)生轉(zhuǎn)子斷條故障時，由于故障特征分量的影響，其有功無功功率在PQ坐標系中則對應于一個橢圓。通過對正常和故障電機有功無功功率在PQ坐標系中對應模式的識別即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子故障的檢

6、測。以橢圓長軸為故障特征，橢圓中心與空載運行點之間距離為基準值，得到了一個近似獨立于電機慣量及負載等級的故障嚴重程度因子。 詳細推導了計及速度波動時轉(zhuǎn)子斷條及負載周期性波動電機定子電流信號中各特征分量的表達式。對它們分別進行PQ變換，得到各自對應的有功無功功率。以直接由轉(zhuǎn)子故障引起的功率分量幅值為轉(zhuǎn)子故障特征，得到了一個完全獨立于電機慣量及負載等級的故障嚴重程度因子。通過對故障電機及負荷波動電機有功無功功率在PQ坐標系下對應橢圓