基于稳态定子电流的感应电机转子断条故障诊断

福建农林大学硕士学位论文基于稳态定子电流的感应电机转子断条故障诊断姓名：李红霞申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：叶大鹏;张翔20090401基于稳态定子电流的感应电机转子断条故障诊断作者：李红霞学位授予单位：福建农林大学相似文献(10条)1.学位论文杨家强高性能感应电机直接转矩控制与状态监测的研究2006感应电机以其结构简单、价格低廉、可靠性高、维护方便而在工农业中取得了广泛应用。随着现代工业系统的飞速发展，对感应电机调速系统的性能以及运行时的状态监测和故障诊断提出了更高的要求。本文基于异步感应电机提出了一种高性能感应电机直接转矩控制性能的方法；通过状态监测手段实现了一种感应电机定子绕组匝间短路和转子断条故障诊断的新方法，所有方法通过了实验的验证，不仅具有较高的理论意义，还具有非常高的工程实用价值。主要包括如下几个方面：针对传统异步电机直接转矩控制系统速度外环采用常规PI调节器其速度控制精度不高，以及直接转矩控制在低速运行时存在较大的转矩脉动问题，引入了模糊逻辑思想，在常规PI调节器的基础上，根据速度误差和速度误差的变化率建立了一个模糊速度PI调节器，在线调整H调节器的比例系数kp和积分系数kI，使系统能够适应转速的各种变化，增强了系统速度调节的自适应能力；把异步电动机模型的磁链相位角、磁链误差和转矩误差作为模糊变量，并对其进行合理的模糊分级，来优化电压空间矢量的选择，来减小转矩脉动。在基于DSP的实验装置上验证了该速度调节器的性能，实验结果表明该方法不仅能够保证速度响应快、超调小，且速度稳态精度较高，提高了速度控制的性能，而且能够有效地减小低速度时的转矩脉动，另外也改善了定子磁链的观测精度，提高了整个直接转矩控制系统的鲁棒性，为改善异步电机的直接转矩控制性能，提供个一种切实可行的智能控制方法。针对感应电机定子绕组匝间短路故障，提出了一种基于特征阻抗的故障诊断方法。通过改进的同步速坐标变换和Hilbert变换有效分离出电压和电流的基波正负序分量，用于电机的阻抗矩阵计算。考虑到电机运行中的负荷波动，供电电源不平衡，以及电机本身的不对称等因素，将阻抗矩阵中具有良好的灵敏度和可靠性的Znp作为定子绕组匝间短路故障的特征量，并得出了特征阻抗的幅值与匝间短路故障的关系。对应于不同的输入功率，设置了相应的故障诊断阈值和故障严重程度因子。在一台4kW的感应电机上进行了一系列的实验，实验结果证明该方法不受供电电源不平衡和负荷波动的影响，能有效的诊断出定子绕组匝间短路故障。在感应电机转子故障诊断中同步坐标变换需要精确检测供电电源的频率，为避免频率检测误差对故障诊断的影响，论文提出了一种基于PQ(activepowerPandreactivepowerQ)变换的转子断条故障诊断新方法。利用电机的端电压，构造PQ变换矩阵，然后将电机端电流变换到PQ平面，实现转子故障特征的可靠抽取。论文重点解决了感应电机转子故障诊断中的两个关键问题：一是如何定义独立于负载等级及惯量大小的故障严重因子；二是转子故障与负荷波动的区分。论文给出了一种新的独立于负载等级及惯量大小的故障严重因子定义，以及可靠区分转子故障与负荷波动的方法，实验结果证明了方法的有效性。2.期刊论文李天云.李楠.赵妍基于解析小波变换方法的鼠笼型异步电动机转子断条检测新方法-电力自动化设备2004,24(12)提出利用解析小波变换方法检测异步电动机转子断条故障.解析小波变换是将小波分析与Hilbert变换相结合,可以正确区分异步电动机负荷波动与转子断条故障.该方法可以准确判定负荷突变发生时刻,提高了异步电动机转子断条故障检测的可靠性及准确性.数值仿真结果证明了该方法的有效性.3.学位论文牛发亮感应电机转子断条故障诊断方法研究2006感应电机以其结构简单、价格低廉、可靠性高、维护方便而在工农业中取得了广泛应用。随着现代工业系统的飞速发展，电机的单机容量不断增加，所驱动的负载也越来越复杂。电机故障不仅会损坏电机本身，严重时还会使电机突然停机、生产线崩溃，造成巨大的经济损失和灾难性后果。历史数据表明，转子断条是感应电机最常见的故障，占其全部故障种类的10％左右。因此，研究转子故障诊断技术以在电机故障早期发现故障并及时进行维修，具有重大的理论意义和社会经济效益，这已成为国内外学者们一个热点课题。本文基于对电机任意不对称状态非常敏感的电磁转矩和有功、无功功率，提出了几种转子断条故障诊断方法。这些参数由多路电压电流信号计算得到，相对于单相定子电流信号，具有许多潜在优点。基于小波包频带分解技术提出了信号浮动阈值滤波算法，指出该方法相对于Fourier频谱分析技术，对非平稳信号消噪具有更好的效果。根据信号Hilbert变换对的正交性质，提出了基于双Hilbert变换的直流分量消去方法，指出其能够实现任意非整周期信号中的直流分量的准确滤除。提出联合经验模态分解及Hilbert谱分析技术的Hilbert-Huang变换。指出本征模函数的幅度和频率允许改变，突破了传统的基于恒幅、恒频信号的Fourier展开，在对非平稳信号分析时，具有自适应性。分析了转子断条故障特征在电机启动电磁转矩信号中的表现形式及频率变化规律。一方面，根据Hilbert-Huang变换中的经验模态分解原理，对电机电磁转矩信号进行分解，得到若干本征模函数。通过计算包含故障信息的本征模函数分量的瞬时频率，检测出转子断条故障。计算包含故障信息的本征模函数边际谱，得到其与转子连续断条根数之间的关系，为电机故障严重程度评估提供了新的思路。另一方面，根据小波脊线算法提取出启动电磁转矩中故障特征在电机启动过程中的频率变化规律，检测出转子断条故障。由于小波变换的能量守恒性，对应故障特征脊线上的小波系数模反映了该故障特征转矩的幅值变化规律。基于此，定义了脊线—小波能量谱的概念。将故障特征转矩对应的脊线—小波能量谱作为转子故障特征，给出了转子故障严重程度的表示方法。基于电网电压基波正序分量及其Hilbert变换构造了新的坐标变换矩阵，定义了PQ变换的概念，提出了基于双PQ变换的转子断条故障诊断方法原理。电机正常时，电机有功无功功率在PQ坐标系中对应于一个点；当电机发生转子断条故障时，由于故障特征分量的影响，其有功无功功率在PQ坐标系中则对应于一个椭圆。通过对正常和故障电机有功无功功率在PQ坐标系中对应模式的识别即可实现转子故障的检测。以椭圆长轴为故障特征，椭圆中心与空载运行点之间距离为基准值，得到了一个近似独立于电机惯量及负载等级的故障严重程度因子。详细推导了计及速度波动时转子断条及负载周期性波动电机定子电流信号中各特征分量的表达式。对它们分别进行PQ变换，得到各自对应的有功无功功率。以直接由转子故障引起的功率分量幅值为转子故障特征，得到了一个完全独立于电机惯量及负载等级的故障严重程度因子。通过对故障电机及负荷波动电机有功无功功率在PQ坐标系下对应椭圆方向的识别，实现了电机负荷周期性波动与转子故障的可靠区分。本论文主要成果均已得到实验验证，不仅具有较高的理论意义，还具有非常高的工程实用价值。所研制的电机转子断条故障诊断系统已经在实验室运行试验，并多次在现场运行，达到设计要求，具有良好的应用前景。4.学位论文张红霞基于EMD与ZOOM-FFT结合的感应电机转子断条检测2008感应电机以其结构简单、价格低廉、可靠性高、维护方便而在工农业中取得了广泛应用。随着现代工业系统的飞速发展，电机的单机容量不断增加，所驱动的负载也越来越复杂。电机故障不仅会损坏电机本身，严重时还会使电机突然停机、生产线崩溃，造成巨大的经济损失和灾难性后果。历史数据表明，转子断条是感应电机最常见的故障，占其全部故障种类的10％左右。感应电机转子断条故障诊断已成为热点课题之一。检测转子断条的一般方法是判断是否存在频率为(1-2s)f1(其中s为转差率，f1为电网频率)的故障特征分量。在频谱中，故障特征分量离基波频率分量很近且幅值很小，容易受到基波频率分量泄漏的影响。尽管快速傅立叶变换是一种有效的方法且在信号处理中得到广泛应用，但是它只适合于平稳信号，并且在信号转换时会丢失一些时间域的信息。近年来，一些适于分析非平稳信号的且优于快速傅立叶变换的故障诊断方法，开始应用于诊断感应电机转子断条故障，其中大多数方法是根据转子断条定子电流中的故障变频分量来判断，例如小波和小波包变换，希尔伯特变换等。本文先介绍了感应电机转子断条故障的原理和特点，着重讨论了故障诊断中的信号处理方法和传统的基于定子电流傅立叶变换进行数据处理的方法。Hilbert-Huang变换是一种新型的信号处理方法，非常适合处理非线性、非平稳信号。这种方法包括两个过程：EMD(经验模态分解)和Hilbert变换，其中最关键的部分是EMD方法，是一种自适应的信号处理方法。ZOOM-FFT是一种选带的细化快速傅立叶变换，具有较高的频率分辨率，有利于分析频率差别小的频率分量。因此本文根据感应电机转子断条故障信号的特点，提出了将EMD分析与ZOOM-FFT结合在一起，进行感应电机转子断条故障的诊断。即先对定子电流信号进行EMD分解，提取反映故障信息的IMF(内禀模态函数)分量，再对该IMF分量进行ZOOM-FFT，以取得较好的频谱分析结果。通过理论分析，大量的仿真计算和实验测量结果分析，证明了这种诊断方法的可行性。5.会议论文岳啸鸣.程汪流.张建忠基于Duffing振子阵列的高压鼠笼电机转子断条故障检测新方法2009本文基于Duffing振子阵列提出了高压电动机转子断条故障检测新方法.该方法通过对电动机定子电流信号作Hilbert变换解调处理后,送人Holmes型Duffing振子,通过辨别多个振子对的间歇混沌运动可对转子断条故障进行识别与诊断.Duffing振子从混沌到间歇性混沌的相变对与参考信号频差较小的周期小信号具有敏感性,而对白噪声和与参考信号频差较大的周期干扰信号具有免疫力,该方法具有良好的抗噪性和很高的灵敏度.理论分析和实验结果表明该方法可以有效地诊断鼠笼式异步电动机的转子断条故障,同时对异步电机转子断条早期故障和轻载情况下的转子断条故障的精确检测非常有效.6.会议论文李天云.李楠.赵东成.赵妍鼠笼型异步电动机转子断条解析小波变换检测新方法2004提出利用解析小波变换方法检测异步电动机转子断条故障.解析小波变换是将Hilbert变换与小波分析相结合,可以正确区分异步电动机负荷波动与转子断条故障这一问题.该方法不仅可以准确判定负荷突变发生时刻,而且可以数值化地具体反映负荷突变程度,提高了异步电动机转子断条故障检测的可靠性及准确性.数值仿真结果证明该方法的有效性.7.学位论文张荣感应电动机转子故障诊断方法的研究2009感应电机以其结构简单、价格低廉、可靠性高、维护方便而在工农业中取得了广泛应用。随着现代工业系统的飞速发展，电机的单机容量不断增加，所驱动的负载也越来越复杂。电机故障不仅会损坏电机本身，严重时还会使电机突然停机、生产线崩溃，造成巨大的经济损失和灾难性后果。本文基于对电机任意不对称状态非常敏感的电磁转矩和有功、无功功率，对几种转子断条故障诊断方法进行了分析比较。通过比较发现，传统的单一诊断方法无法有效地鉴别出感应电动机断条故障。基于小波包频带分解技术提出了信号滤波算法，指出该方法相对于Fourier频谱分析技术，对非平稳信号消噪具有更好的效果。根据信号Hilbert变换对的正交性质，分析了基于双Hilbert变换的直流分量消去方法，指出其能够实现任意非整周期信号中的直流分量的准确滤除。分析了联合经验模态分解及Hilbert谱分析技术的Hilbert-Huang变换，指出了本征模函数的幅度和频率允许改变，突破了传统的基于恒幅、恒频信号的Fourier分析，在对非平稳信号分析时，该方法具有自适应性。对于其他各种断条诊断方法，本文也进行了深入的分析和总结。关于三相鼠笼式感应电动机的在线故障检测问题，国内外研究学者做了大量的研究工作，本文在前人工作的基础上对三相感应电动机的常见故障类型及通用的检测方法进行了分析总结。为了