起动过程中变频机转子断条故障诊断方法仿真研究

合集下载

转子断条故障检测新方法研究

解为所有子空间ｆ．ｚ的正交和的，（Ｅ）『其中，
，
为小波函数ｆ的小波子空间。进一步对小波空ｆＪ
轻微断条时， ± ｓ频率分量的幅值相对于厂频（２）１ｆ
率分量的幅值非常小（二者之约为Ｏ２Ｏ５，．一．）同ＯＯ［基金项目］黑龙江省青年基金资助（９ —６．Ｑ８２）
可用的分解统一为：
＋＝Ｕ＋ｆｊｌＵｚＥ
Ｌ）１
提取能够体现故障特征的结点（４的小波４），定义子空间是函 ‰ｃ数ｆＪ的闭包空间，妒层分解，而
是函数。的闭包空间，ｆｃＪ并令ｆ满足下面的双尺ｃ
度方程［：］
１前言
转子断条是笼型异步电动机常见故障之一。传
时异步电机运行时转差率ｓ很小， ± ｓｆ厂（２）与．１这两个频率非常接近（相差约为ｌ５ｚ，Ｈ）因此在直接作
统的转子断条故障检测方法是以傅立叶变换作为
傅立叶频谱分析时，由于栅栏效应，频率分量的泄．厂
均存在严重缺陷，无法识别早期微弱故障信号。而
电动机转子断条将导致电机运行性能恶化，并且转
子断条故障的发生概率高达１％ｃ，０￣因此必须对其
进行检测，特别是进行早期检测。这样如何精确检测出电机转子断条故障信号就成为一个重要的问题。近年来，从傅立叶变换发展起来的小波与小波
＝
∑ ｆ— ｊ』ｆ “２Ｊｃ
（）３
图１转子断条时定子电流仿真信号ＦＴＦ’ Ｉ
由式（）３可知，小波包分解即是＋ｃ解为ｆ与，ｆｃＪ（。ｔ）小波包分解算法由｛｝｛ Ⅳ 和＾求）｛ｔ，ｄ￣Ｊ１４］：

采用p-q变换的感应电动机转子断条故障诊断

采用p-q变换的感应电动机转子断条故障诊断徐懂理;程桂林;侯新贵;李朝生【摘要】转子断条故障是感应电动机的常发故障,故障时定子电流谱中的(1±2s)f 故障特征分量远小于基频分量,易被基频的泄漏所淹没,因此无法准确判别故障的存在,尤其是轻载情况下.针对这一问题,文章提出采用p-q变换进行电动机转子断条故障诊断,分离影响特征量提取的基频信号,使故障特征在频谱中得以凸显,实现感应电动机断条故障的准确检测与诊断.通过理论分析和实验验证表明,该方法能够正确检测出转子断条故障的存在,即使在电机轻载运行时亦具有良好的检测效果.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2015(034)009【总页数】5页(P17-21)【关键词】感应电动机;转子断条;p-q变换;故障诊断;MCSA【作者】徐懂理;程桂林;侯新贵;李朝生【作者单位】南京工程学院电力工学院,江苏南京211100;南京工程学院电力工学院,江苏南京211100;南京工程学院电力工学院,江苏南京211100;南京工程学院电力工学院,江苏南京211100【正文语种】中文【中图分类】TM307+.1转子断条故障是电动机最常见的故障类别，约占其故障总量的10% ～15%左右，有着广泛性、突发性、渐进性、高危害性等特点［1，2］。

英国学者 C Hargis等人证实了转子断条故障的产生对供电电流具有调制影响，得出断条故障发生后定子电流中将出现频率为(1±2s)f的额外频率分量的结论(s为转差率)。

基于此特征量提取的分析方法称为定子电流分析法(Motor Current Signal Analysis，MCSA)［1］。

MCSA对稳态定子电流信号进行频谱分析，查找频谱中(1±2s)f频率分量来判断转子有无断条［3］。

但转子轻微断条时，(1±2s)f分量幅值相对于电网频率分量幅值非常小，约为电网频率分量的1%～3%，加之电机稳态运行转差率s很小，使故障特征频率与电网频率非常接近，相差仅约0.5～5Hz，故障特征受主频谱线的影响，FFT分析时存在谱线泄漏和栅栏效应［4，5］，特征会被淹没而难识别，这是目前电动机转子断条故障诊断需解决的一大难题。

基于小波包分析的电动机转子断条故障检测

基于小波包分析的电动机转子断条故障检测电动机在工业生产中起着至关重要的作用，而电动机的故障往往会导致生产线的停止和损失。

其中，电动机转子的断条故障是一种常见的故障类型。

因此，开发一种高效可靠的电动机转子断条故障检测方法具有重要的实际意义。

小波包分析是一种信号处理的方法，具有多分辨率、局部特征提取等优点，特别适合用于故障诊断。

基于小波包分析的电动机转子断条故障检测方法可以通过对电动机转子振动信号进行分析，提取出转子断条故障所具有的特征信息。

首先，将电动机转子的振动信号进行小波包分解。

小波包分解可以将信号分解成多个子频带，每个子频带对应不同的频率范围。

通过对不同子频带的分析，可以提取出不同频率范围内的特征信息。

然后，对每个子频带的信号进行特征提取。

可以使用多种特征提取方法，如能量、方差、峰值等，来描述信号的统计特性。

通过对这些特征进行分析，可以发现转子断条故障所具有的特征模式。

接下来，使用机器学习算法对提取的特征进行分类。

可以使用支持向量机、神经网络等算法进行分类，以判断转子是否存在断条故障。

通过训练样本的学习，可以建立一个高效的分类模型，用于对未知样本进行故障检测。

最后，根据分类结果进行故障诊断。

如果分类结果表明电动机转子存在断条故障，那么需要对电动机进行维修或更换转子。

如果分类结果表明电动机转子正常，那么可以排除转子断条故障的可能性，继续进行其他故障的排查。

综上所述，基于小波包分析的电动机转子断条故障检测方法具有很高的实用性和准确性。

通过该方法可以提高电动机的可靠性和稳定性，减少生产线的停机时间和损失。

在工业生产中的应用前景广阔，有着重要的实际意义。

电机转子铜条断条问题分析与改进措施

２）转子铜条松动 ¨
转子铜条断裂通常是多种因素共同作用而引起的。下面根据断条的不同原因，有针对性的提出了
在运行中应注意的问题以及在结构上做出的相应改
一
６７ —
经验交流
上海大中型电机
进措施。
风扇的稳定性。
产实例提出了相应的解决方案。重点阐述了电机运行中应注意的问题和防范措施，结合实际设计经验对转子端环及转子风扇结构方面作出了一些技术改进。
关键词：异步电动机；转子；铜条；断条
０引言
转子铜条在槽内松动是常见现象。其原因是铜
条与槽配合尺寸不当、铁心槽尺寸不一、冲片槽部有
毛刺等。铜条在槽内松动会引起转子不平衡，从而使电动机产生噪声和振动。铜条由于在槽内不停地高频度振动而疲劳断裂。一般首先是铜条与端环焊接不良处断裂，严重时铜条本身也断裂。３）结构不合理曾采用过的一种转子结构是转子风扇悬挂在转子端环上的形式，其转子端部结构图如图１所示。
支撑块将承担很大一部分端环的离心力，同时销子又降低了铜条受到的端环的剪应力。这就使得铜条
的受力大大减少，从而可减少铜条断条的发生。
运行证实，改进措施切实有效地防止和减少了电动机断条事故的发生，保障了被拖动机械的安全

基于谐波小波的变频机转子断条故障诊断

可见，（）所表示的信号经变换后，式４相位角保持不变，这说明从谐波小波变换中仍可获得原始信号的相位信息；此外由式（）对不同频率０，当５，９适选取ｍ、凡的数值，以使０恰好落在频带［＇９２ｒ，ｒｍ２ｒ］ｒ之内，ｎ达到对其他信号成分的屏蔽，从而可针对特定的频段进行信号提取。
０引言
变频机是将５ｚ的工频电源变换为４０Ｈ０Ｈ０ｚ
应的小波表达式为
— ｔ２ｎ
ｎ
ｄ
ｆ）
（）２
中频电源的主要设备。某型武器电源装备中的变频机，由一部能产生４０Ｈ频率电源的感应式三相同０ｚ步发电机和一部鼠笼式三相异步电动机所组成。在实际使用中，转子导条断裂是常见的导致变频机故障的重要因素之一，统计表明，大约有１％的故障０是由转子断条与端环断裂引起的。准确检测转子断条所表现出来的故障特征，是这种故障诊断的关键。有关方法报道很多¨ Ｊ利用小波分析对定子电流＇，
中所产生的谐波分量进行提取、实现实时、接触性非
用称作水平的ｍ，凡（凡＞ｍ）标识频带为来
ｍ（＂）凡２ｒ的不同尺度小波，２ｒ到（＂）ｒｒ就形成一系列频带相邻的小波集。令ｎ … 表示在水平ｍ、进一凡处
．
可构成零相移滤波器。为说明这一点，设有频率为
厂初相为０的信号，
ｇ￡（）＝ＣＳ２＋）Ｏ（０（）４

应用矩阵束算法对电机转子断条故障的检测

应用矩阵束算法对电机转子断条故障的检测闫哲，王天文（哈尔滨理工大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150080）来稿日期：2018-10-27作者简介：闫哲，（1962-），男，黑龙江哈尔滨人，博士研究生，硕士生导师，主要研究方向：自动化技术控制理论的研究与应用；王天文，（1990-），男，黑龙江齐齐哈尔讷河人，硕士研究生，主要研究方向：自动化技术控制理论的研究与应用1引言现在工业生产及产业部门离不开各种各样的电动机，电动机以其结构简单、制造成本低、可靠性高、使用寿命长、维修方便等特点广泛被应用，并作为日常生产生活中不可缺少的动力装置和驱动设备，在工厂生产加工过程中广泛地被应用于能量转换装置，在工厂工业生产现中最为最主要的能量转换。

产品的加工效率主要在于电动机的工作状态，若电动机出现故障，不仅损坏电动机本身，而且会影响整个生产系统的运行以及对环境造成严重的污染，甚至会危及到人类的生命安全，造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。

电机发生转子断条故障是异步电机常见的故障类型之一[1]，例如，电动机在生产过程中转子导条不符合标准致使三相导条达不到对称，该种类型电动机长时间在生产线上频繁启停状态下，电动机转子会出现裂纹现象，持续地在这种情况下工作转子就会发生断条故障，同时电动机转子作为电机主要的输出动力，经常连接不同类型的负载也会频繁地造成电动机转子断条故障[2]，故对电动机进行诊断是具有实际应用价值的，而提取故障信号的特征参数是电动机转子断条故障诊断的一个重要环节。

因此，许多科学工作者都致力于研究电动机的转子故障诊断方法，从而涌现出了许多先进的信号处理方法应用于电动机的转子故障诊断中，如小波分析、神经网络等。

虽然各种故障诊断方法为电动机转子故障提供了很好的诊断结果，但是无论如何诊断方法均离不开实验现场采集故障数据加以分析。

文献[3]提出的Park ’s 矢量方法，但由于信号识别技术没有成熟最终难以实现。

学者们做过很多关于Hilbert 变化，将采集频率中基波成分转换为电流信号[4]，但仍然未解决互相干扰的问题。

异步电动机起动过程中转子断条故障信号获取的研究

异步电动机起动过程中转子断条故障信号获取的研究摘要：研究笼型异步电机的起动特性，分别从转速、转矩等不同方面进行分析，得出异步电机转子断条故障下起动时的特征量。

起动信号为一非平稳信号，因此利用短时傅里叶分析方法处理定子电流信号，得出故障特征频谱图，从而判断电机是否存在断条故障。

关键词：异步电动机转子断条起动过程信号获取暂态分析一、引言电机起动过程包含有非常丰富的信息，前人对电机故障后定子电流中与基频电流相差两倍转差频率的电流分量进行了研究，得出了很有意义的结果，事实上电机转子绕组故障后，引起电机起动状态多种变化，除了起动电流中的故障特征电流分量的频率变化外，电机的其他很多参量如转矩、转速、起动时间等均会发生变化，直接影响电机的起动特性。

本文对此进行详细研究，以期得到：转子绕组故障对电机起动性能的影响，检测故障的更多的故障特征量。

二、内部故障暂态分析的电机模型2.1电机的状态方程根据多回路理论，对于一个定子m相，转子n根导条的异步电动机，一般把它看成定子具有m个回路，转子具有n+1个回路的电路，其中转子回路数等于转子网孔数，即n个导条回路加一个端环回路。

根据Kirchhoff回路定律，写出电机的电压方程和磁链方程如下[1]：(1)(2)将磁链方程(2)代入电压方程(1)得到电机的状态方程形式：(3)2.2异步电动机的电磁转矩和转子运动方程电磁转矩和转子运动方程是分析电机运行的重要依据，以单个定、转子回路参数表示电机电磁转矩和转子运行方程是电机故障瞬态分析的有效手段[2]。

为驱动转矩，为简单起见，与驱动异步电动机作电动机运行时，电磁转矩Te以及由转子及所拖动的设备转矩相平衡的阻转矩假设由两部分构成：负载转矩TL的转动惯量J所决定的惯性转矩，这样转矩之间的平衡关系为：(4)即：(5)这就是电机的运动方程，式中： (6)为惯性转矩。

对具有m个定子回路和n+1个转子回路的笼型转子异步电动机，其总的磁场能量为：+ (7)对线性系统，磁共能等于电机存贮的磁能，即：(8)经过适当的矩阵变化，电机的转矩可以变成下列形式：(9)式中，p：电机的极对数；：转子位移角(rad)。

变频器驱动的笼型异步电机转子断条故障诊断新方法

基金项目：国家自然基金研究项目（变频调速异步电机系统动态调速过程中的故障诊断研究（０７１９）６８４０）
一
３ — ９
变频与调速ＥＩＩＡｌＩｃ
电札与控芾Ｊ闭２１，１应０２３）９（
子断条下的故障，可能是制造过程中的缺陷，它也可能是运行中发生的。例如由于工艺原因而出现细条、断条；行操作不当，运工作环境恶劣及频繁
Ｒｅａｔｏｘｒｃｎｉａｌｗｎｅｔｉｃｍｐｎｎ，ｏｅｈｎｃａａｔｒｏｒａｓＴｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｒｖｄｌｘｍｅｈｄｅｔｔａｄｄｓｌａｃｈｓｏｏｅｔｖｒａｇｈｒｃｅｆｂｅｋ．ｈｉｌｔｅｕｔｐｏｅａｏｏｓ
ｉｄｎｍｃｒｅｓｆｓｇｖｒｔｎｌｒｑｅｃｄｕｔｈｐｅ，ｎｕｖｌｇ ’ ｅｕｎｙａｎｉｍｒ — ｎｙａｉｐｏｓｏｕｉａａｉａｆｕｎｙｔａｊｓｔｅｅｄＩｐｔｏｔｅＳｒｅｃｌｇｗｔｔｅｖｉｃｎｉｏｅｏｓａｆｑｏｈｉａａ
ＡｓｎｃｏｕｓＭｏｏｉｅｂｎｖｒｅｙｈｒｎｏｔｒＤｒｖｄｙＩｅｔｒ
ＴＡＮｏｇ．Ｙｎ一Ｚｈｎｉｇ＇ｅｘｎ
（．ｅａｔｎｆｎｏｍｔｎＳｃｅｃｎｎｉｅｒｇＷｕａｎｅｓｙｏＳｉｃ１ＤｐｒｍｅｔｆａｏｅｉｅａｄＥｇｅｉ，ｈｎＵｉｒｔｆｃｎｅｏＩｒｉｎｎｎｖｉｅ

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

变频机正常运行时，定子电流中只含有频率为ｆ５Ｈ的工频分量。当转子断条后，不对称的转子就＝０ｚ会在定子电流中感应出频率为（＿１２厂的特征频率分量。变频机起动过程是个很复杂的暂态过程，在这个暂态过程中，转子断条故障特征分量和工频分量相隔
Ｆｕｅ变换是变频机组常用的一种有效的故障信ｏｒｒｉ号分析方法，它是时域到频域相互转化的工具。但是，Ｆｕｉ变换只适用于稳态信号的频谱分析，对于暂态ｏｒｒｅ信号却无能为力。小波分析具有良好的时频分析能力，具有自适应窗口，可以较好地应用于暂态和稳态信号的分析。建立变频机转子断条故障模型，以起动时的定子电流为
引言
转子断条故障是变频机常见故障之一。转子发生轻微断条故障后，一般不会立即对变频机组的运行产
生很大的影响，但随着变频机运行时间的延长，已断裂的导条容易诱发其他导条断裂，而且导条也有可能逐渐移出槽轨，继而发生扫堂故障，毁坏整个定子绕组，使得整台机器严重损坏，造成很大的损失和危害。
子断条故障的实时诊断。
［关键词］变频机组；故障特征；小波脊线；障诊断故
【中图分类号】Ｍ３Ｔ３【文献标识码】Ａ【文章编号】００３８２００ —０００３１０ —９３（０８）３０２－０
ＲｅｅｒｈｏｈａｌＤｉｇｏｉｓａｃｎｔｅＦｕｔａｎｓｓＭｅｈｄｆｒＦｅｕｎｙＣｏｖｒｅｅｓｕｄｒｔｏｏｒｑｅｃｎｅｔｒＳｔｎｅＲｏｏｔｒＢａ－ｒｋｎＦａｔｎｔｅＳａｔｕｒｂｏｅｌｕｉｈｔｒ－ｐＰｒｏｅｉｄ Ⅵ ＮＧｉＭＬＣｈｏＬ．ｉＬ。Ａａ。ＩＤａｘ
（ｅｓｉｓｔｔ，ＦＵ，ａｙａ１８０ＣｉａｓｅｎｔｕｅＡＥＳｎｕｎ３０，ｈｎ）ＭｉｌＩｉ７
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｒｏｏａ－ｒｋｎｆｕｔｉｎｆｏｄｉｒａｌｓｏｒｑｎｙｃｎｅｔｒｓｔｉｃｌｔｒｂｒｂｏｅａｌｓｏｅｏｒｎａｙｆｕｔｆｆｅｕｅｃｏｖｒｅｅｓｗｈｈｗｉｌｂｉｇｂｉｅｏｎｍｉｌｓａｄｒｎｓｇｃｏｃｏｓｎｂａｓｃｅｙｆｅｔｄｏｉｔｅｃ．Ｔｈｅａｌｗｉｒｓｌｉｆｕｔｈｒｃｅｓｃｆｕｔｌｅｕｔｎａｃａｃｅｅｔａｔ，ｉｌａｉｎｔｓｒｖｄｔａｖｌｔｒｄｅＣｌｅｔａｔｏｏａｔａｌｃａａｔｒｔｓａｘｃｅＳｍｕｔｔｏｅｔｗａｅｅｉｇａｌｘｃｔｆｕｉｉｒｒｄｏｅｐｈｂｒｒｒｌｃａａｔｒｓｃｅｓｌ，ｉｈｒａｉｅｔｅｄａｎｓｓｏｆｅｕｎｙｃｎｅｔｒｅｓｈｒｃｅｔａｉｗｈｃｅｌｈｉｇｏｉｆｑｅｃｏｖｒｅｔ．ｉｉｙｚｒｓＫｅｒｓｆｅｕｎｙｃｎｅｅｔ；ａｌｃａａｔｒｓｃｗａｅｅｒｇ；ａｎｄａｎｓｓｙｗｏｄ：ｑｅｃｏｖｒｒＳｓｆｕｈｒｃｅｔ；ｖｌｔｉｅｆｕｇｏｉｒｔｅｔｉｉｂｄｉ
ｃａａｔｒｓｃｒｅｕｎｙｏｏｅｔｓｉｅｅｔｒｏｒｌｒｅｕｅｃ．ＲｏｏｆｕｔｈｒｃｅｔｆｑｅｃｃｍｐｎｎｉｄｆｒｎｆｍｎｏｍａｆｑｉｉｎｙｔｒａｍｏｌｌｄｅｏｆｒｑｅｙｃｎｅｒｓｔｓｅｔｂｉｈｅｂｔｆｅｕｎｃｏｖｒｅｅｓｉｓａｌｓｄｙＭａｌｂ．ａｔｕｒｎｓｄｔｃｅａｅｅｉｄｅａｄｔａＳｔｏｃｒｅｔｉｅｅｔｄｂｙＷｖｌｔＢｒｇｎｒ
ｃｍｐｎｎ￣ｔｒｕｒｎ．ｎｔｅｓｒ— ｐｐｒｏ，ｈｏｏｅｔａｅｅｔａｔｄｅｓｙｂａｓｅｏｏｅｔｎｓｏｒｅｔＩｔｔｅｄｔｃｍｐｎｎｎｂｘｒｃｅａｉｅｕｅｔｉｃｈａｕｉｅｃｌｃｈ
和恶劣的社会影响。转子断条故障会在定子电流中产生故障特征频率分量，在起动过程中，此特征频率分量不易被工频分量淹没，有利于提取。利用Ｍａａ建立变频机转子故障模型，ｎｂ利用小波脊线对定子电流分析并提取了转子故障特征。仿真实验证明在变频机起动过程中小波脊线能够很好地提取转子故障特征，实现了转
维普资讯
起动过程中变频机转子断条故障诊断方法仿真研究
２０ № ３０８
．
起动过程中变频机转子断条故障诊断方法仿真研究
王莉，马超，李大喜
（空军工程大学导弹学院，陕西三原７０３）１０８
［摘要］在变频机组的常见故障中，转子断条故障是变频机常见故障之一，严重时会造成重大的经济损失