基于瞬时无功功率感应电机转子断条故障诊断研究

在基于定子电流信号进行异步电机故障诊断时,转子断条故障特征频率分量常常被电流的基频分量淹没.针对这种情况,本文提出一种新型的基于瞬时无功功率的转子断条故障诊断方法.该方法首先对定子电压和电流进行Hilbert变换,然后在此基础上构建瞬时无功功率.通过对无功功率进行频谱分析,选取特征频率2ksf作为转子断条的故障诊断判据.同时定义一个新的故障严重程度系数,对感应电机转子故障严重程度进行判别.实验结果表明该方法能有效进行转子断条故障诊断.与传统的Hilbert模量方法和瞬时功率方法相比,该方法因没有交叉项而频谱简单;只需采集单相电流,不需要进行坐标变换,简化了硬件和软件,节省计算时间.     

两相静止坐标系下有功功率的异步电机转子故障诊断

提出一种利用两相静止坐标系下瞬时有功功率诊断转子断条的方法。理论和试验共同证明,断条故障时,定子电流故障边频部分在两相静止坐标轴上有功功率pα、pβ中产生特征故障频率fb(fb=2sf1),此特征故障频率避免故障边频易被基频淹没的缺点,且幅值较大,易被诊断辨识。在故障早期,特征故障频率fb的幅值较明显,表明此法对电机断条故障早期在线监测的能力。试验频谱图表明,随着转子断条数量的增加,pα、pβ中特征故障频率的幅值也在增加,与实际情况相吻合,有利于故障程度的量化和电机故障诊断系统的建立。     

一种利用融合相关谱的异步电机故障诊断方法

为提高异步电机故障诊断的可靠性,针对故障特征频谱分量小信号、多成分、难识别的问题,提出一种异步电机融合相关谱故障诊断方法.该方法基于多源信息融合的思想,采用电机定子电流和振动信号的融合相关谱特征作为转子断条及定子匝间短路故障的诊断依据.通过将含有相同故障频率分量的特征信号作融合相关分析,建立不同信号间的相关关系,能够有效抑制单一信号频谱中与故障识别不相关的频谱分量,使得电机故障特征频率分量更加突出,降低故障识别难度.通过仿真分析,揭示了融合相关谱特征频率与电机故障类型的对应关系,实现了转子断条及定子匝间短路故障的快速诊断,并与单一信号频谱分析进行对比,验证了该方法的有效性和实用性,对于异步电机运行状态的准确监测具有重要意义.     

定子电流二次方法的异步电机转子复合故障诊断

为了突出故障早期的故障特征信息,避免复杂算法,实现故障早期状态在线监测,提出定子电流二次方法(流方)的笼型异步电机转子复合故障检测。定子电流经过二次方后转移和放大了定子电流中的故障信号,由于转子断条和气隙偏心的故障特征频率在频谱分布上的差距,转子复合故障得到分离和辨识。同时比较了单相流方和三相总流方对复合故障的诊断效果。复合故障时,流方的故障频率不是单一故障频率的直接累加,还包括两故障频率所引起的交叉干扰项。实验表明,随着断条数的增加,复合故障中表征断条的故障特征分量的幅值增加,有利于故障程度的量化和诊断系统的建立。     

瞬时功率频谱分析在牵引电机转子故障诊断的应用研究

针对故障特征频率容易被基波频率淹没的问题,提出一种基于网侧瞬时功率的转子故障诊断方法。当交流调速系统牵引电机发生转子断条故障时,定子电流中故障特征频率(1±2s)f1分量通过变频器向变频器一次侧(网侧)传播。通过频谱分析发现,变频器网侧电流信号和定子电流信号都存在故障特征频率容易被基波频率淹没的问题。该方法选用网侧瞬时功率进行频谱分析,使得转子断条故障特征频率转换成2sf1的频谱分量,消除了基波频率影响,突出故障特征频率。且只需采集单相电流,简化了硬件结构。实验表明:该方法能对转子故障进行有效诊断。     

采用Park变换感应电机转子复合故障检测

针对感应电机转子断条与偏心故障特征受定子电流基波信号的影响而难以提取的难点,提出了一种基于旋转Park变换滤波的感应电机转子复合故障检测方法.该方法利用电压与电流基波频率相等,通过旋转Park变换,将电流Park矢量的基波正序分量完全滤除而不影响其它的谐波分量,从而使转子断条和偏心故障特征更清晰地显示出来,然后对旋转Park变换滤波后的电流Park矢量的频谱进行分析,可以准确检测到电机转子复合故障时的故障特征.解决了电流频谱分析方法转子故障特征频率分量容易被基波湮没而难以突出故障特征的问题.实验结果表明,应用该方法可有效的对电机转子复合故障进行实时检测.     

Morlet小波解调制方法诊断鼠笼电机转子断条故障

针对电机电流信号特征分析(motor current signature analysis,MCSA)诊断早期转子断条故障时存在的频谱泄露阻碍故障特征频率识别的问题,提出一种基于定子电流Morlet小波解调制信号分析的故障诊断方法。首先选择合适的参数对Morlet小波性能进行优化,继而利用优化后的Morlet小波提取鼠笼电机定子电流信号包络线以消除基频和噪声干扰的影响,然后对提取到的包络线作快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)分析,并根据FFT频谱中是否存在特征频率成分2sfs判断转子断条故障发生与否。所提方法在电机工频或变频供电方式、不同负载运行状况下都能够消除噪声干扰和频谱泄露影响,因而便于故障特征提取并实现早期转子断条故障诊断。理论分析和实验结果表明了所提方法的正确性和有效性。     

基于MIRPSA的感应电动机转子断条数目诊断判据

在感应电动机转子断条数目诊断方面,电机定子电流信号分析(MCSA)类方法已经建立明确的解析判据,而电机瞬时无功功率信号分析(MIRPSA)类方法缺乏理论支撑。为此,针对转子断条故障推导了感应电动机瞬时无功功率特征分量的幅值与转子断条数目间的数值对应关系,由此建立了具有解析意义的基于MIRPSA的转子断条数目诊断判据。感应电动机转子断条故障仿真与实验证明了所提判据的有效性。     

控制系统对无刷直流电机偏心故障的影响分析

为了研究控制系统对无刷直流电机转子偏心故障的影响,基于Ansoft/Maxwell软件平台设置电机的动态偏心故障模型,通过仿真,证明了将定子电流频谱分析法应用于无刷直流电机的转子偏心故障检测是完全可行的,且故障特征频率主要集中在基波频率的2/3和4/3边频带.基于Ansoft/Simplorer软件平台搭建无刷直流电机的控制模型,包括开环,转速闭环及速度、电流双闭环模型,不同控制方案下的故障特征频率幅值表明:闭环控制系统对故障信号有明显的抑制作用;双闭环控制时,故障特征频率幅值最小,但各次特征谐波均有体现.得到的相关结论能够为电机的故障检测提供理论参考依据.     

基于IPD小波包分析的感应电动机双重故障诊断

针对感应电动机转子断条和定子匝间短路双重故障诊断存在诸多不足之处,提出用小波包分解单相瞬时功率(IPD)的故障诊断方法。以单相瞬时功率为研究对象,建立转子断条和定子匝间短路双重故障模型。通过IPD频谱分析,验证故障特征频率;用小波包变换分解IPD信号得到节点系数的变化情况,计算节点系数的均方根值变化率。仿真结果证明双重故障特征频率在IPD频谱中表现明显,小波包变换后得到的节点系数均方根值(RMS)变化率可以诊断故障。利用小波包分解IPD信号诊断双重故障,方法简单可行,为双重故障诊断提供了新的方法思路。     

基于DSO-2100的异步电机转子偏心故障检测与诊断

为了诊断感应电动机转子偏心故障,采用了定子电流检测法,开发出了一套基于DSO-2100虚拟数字示波器的故障诊断系统,得出了当电机转子存在偏心故障时,定子电流频谱中的特征频率值在不同偏心程度和不同负载下的变化规律,并完成了数据采集模块的设计。试验结果证明,诊断的结果与理论值完全相符。     

基于单相功率频谱分析的感应电机故障诊断

感应电机定子电流频谱中,转子断条故障频率分量幅值很小并且与基波频率相当接近,故障特征不易提取.针对电流频谱分析的缺点,综合运用单相功率频谱分析、数字滤波和频谱细化技术,突出故障特征.仿真结果表明,即使断条特征微弱,单相功率频谱中故障特征频率分量也能得到充分的反映.随着断条数日的增多,故障特征分量的幅值明显增大.该方法具...     

基于S函数三相异步电机复合故障特征研究

为获取电机定子绕组与轴承复合故障特征,采用多回路数学模型和周期性振动特征负载模型进行分析和研究。通过多相异步电机策略构造定子匝间短路故障数学模型,Simulink中的S函数为基础编写数学模型。将轴承扭转振动作为负载输入,建立Matlab/Simulink三相异步电机正常状态和复合故障的仿真模型,并分析亚同步状态下正常、短路故障、轴承故障和复合故障的运行状况。结果表明,复合状态下电流信号除存在单故障特征频率与基频分量增大外,还将产生低于工频的谐波分量。最后通过电磁转矩和转速验证了模型的正确性,为复合故障特征检测提供理论支撑。     

利用改进的二阶广义积分器锁相环诊断感应电机转子断条故障

当进行感应电机转子断条故障诊断时,定子电流中(1±2S)f0故障特征频率容易被基波频率淹没,采用故障特征频率进行转子故障诊断难以达到满意效果。为解决故障特征频率被淹没的问题,提出一种基于改进二阶广义积分器锁相环技术的基波消去故障诊断方法。首先构建以改进二阶广义积分器为核心的单相锁相环,自适应捕捉定子电流基波频率和幅值,然后重构定子电流基波成份,并分离出故障特征电流,最后对故障特征电流进行频谱分析,凸显故障特征频率。该方法能在电网电压频率波动情况下自适应捕捉定子电流基波成份,具有较好的抗干扰能力;而且不需要采集电压信号,节约硬件开销。实验结果表明:该方法能对转子故障进行有效诊断。     

计及固有不平衡的双馈电机定子匝间短路故障分析

双馈式发电机的定子匝间短路的故障特征,本质上是由定子三相不平衡引起的。当实际生产的电机定子绕组存在轻微的固有不平衡时,也会在转子电流引起高次谐波,这些谐波的与定子绕组匝间短路的引起的谐波相近,这会导致对电机定子绕组轻微匝间短路的误诊断。使用Ansoft软件建立了双馈电机三相对称的理想模型、包含定子固有不对称的实际模型、三相对称情况下定子匝间短路的理想故障模型以及定子考虑固有不平衡时的匝间短路模型:用以分析考虑定子固有不平衡时双馈式发电机定子轻微匝间短路的故障特征,使得建模更贴近实际情况。对故障后双馈式发电机转子电流和电磁转矩进行了频谱分析,指出轻微固有不平衡与轻微匝间短路在转子电流引起相同的特征频率。但在电磁转矩中,并没有引起明显的特征频率,可通过电磁转矩的特征频率确定电机发生定子匝间短路。     

基于变频器网侧电流感应电机定子故障诊断

提出一种基于变频器网侧电流频谱分析的感应电机定子故障诊断方法。当感应电机发生定子故障时,定子电流负序分量将通过逆变器、整流器向变频器网侧传播,将在网侧电流频谱中出现故障特征频率成分。分析电网负序电压对感应电机定子电流、变频器网侧电流的影响,发现电网负序电压分量在网侧电流中形成的故障特征频率与定子故障时的网侧电流故障特征频率存在明显不同,选择容易测取的网侧电流可构成定子故障诊断新判据。实验结果表明:利用变频器网侧电流频谱分析能有效进行定子故障诊断,且不受电网负序电压的影响。     

基于气隙转矩的笼型异步电动机转子断条监测

提出了基于气隙转矩的鼠笼异步电动机转子断条故障在线监测方法.根据旋转磁场理论研究了气隙转矩在电机正常及转子断条运行状态下包含的谐波频率成分.当电机转子出现断条故障时,气隙转矩将会含有2sfs谐波频率分量.通过对气隙转矩的计算处理,利用小波脊线提取气隙转矩中转子断条故障特征频率分量,克服了分析定子电流信号时的不足,实现了电机转子断条故障的在线监测.实验结果证明了该方法的有效性.     

基于小波包能量分析和信号融合的异步电机转子故障诊断

为提高异步电机转子故障诊断的可靠性,文中介绍了一种基于小波包能量分析和信号融合的异步电机转子故障诊断方法。采用定子电流信号和振动信号的频谱特征融合作为转子断条以及气隙偏心故障的诊断依据,首先对信号进行小波包分解,获得不同小波包频带节点下对应的能量分布,并与正常电机信号进行比较,进而对能量异常的信号频段进行小波包节点重构,最后通过快速傅里叶变换识别故障特征频率,诊断电机故障是否发生。通过仿真分析,验证了该方法的有效性和实用性,对于电机运行状态的准确监测具有重要意义。     

振动电机非线性气隙偏心机理研究

为研究振动电机气隙长度对电感参数和定子绕组电流的影响,从基本结构和工作机理上分析振动电机与三相异步电机的区别,量化了振动电机转子主轴在运行时的形变,结合振动电机转子主轴的非线性,提出了振动电机气隙长度的计算公式,得到了振动电机气隙长度对内部电感参数及定子电流的影响,并基于交流电机多回路理论对电机进行仿真,理论分析与仿真结果表明,振动电机的气隙长度会使定子电流频谱图中产生f_1±f_r的特征频率,而普通电机则无。     

异步电机转子不对称故障仿真与检测研究

转子故障是目前感应电机的主要故障之一,对其进行故障诊断的方法很多,但普遍研究都很少考虑电机拖动波动负荷运行对转子故障特征提取的影响。该文在考虑负荷波动影响情况下,建立电机转子不对称故障仿真模型,利用幅值校正频谱细化技术减少频谱泄漏,提取转子故障特征频率。该方法一方面提高提取故障特征频率的准确度,另一方面相比传统细化频谱方法,计算量和运行所占内存减少。通过模型仿真及实验结果验证该方法在负荷周期波动情况下提取转子故障特征是可行的。