利用微粒群算法提取的正负序相量检测感应电机定子故障

针对感应电机电流中转子断条故障特征分量、谐波和噪声影响定子故障诊断结果的问题,提出一种利用骨干微粒群优化(BBPSO)算法提取基波正、负序相量的故障检测方法。该方法利用BBPSO算法提取出三相定子电流的基波幅值和相位,进而直接计算出总的负序电流。由于在实际电机中,供电电压不平衡、电机先天不平衡和负载的变化等都会影响负序电流的大小,因此通过等效负序阻抗和支持向量机来消除这些非故障因素的影响,从而得到仅与定子故障相对应的残余负序电流,实现感应电机的定子故障诊断。实际电机实验结果表明,采用所提方法提取的残余负序电流能够更加可靠地诊断感应电机定子故障。     

基于定子电流特征分析的双馈风电机组叶轮不平衡故障诊断

针对双馈风电机组叶轮不平衡故障诊断,提出一种基于导数分析的定子单相电流故障特征分析方法。首先,基于双馈感应发电机以及风力机传动链模型,详细推导了叶轮不平衡故障下双馈感应发电机定子电流的表达式,并获得其对应的故障特征频率。其次,为了凸显定子电流故障特征频率,基于导数分析思路,引入叶轮不平衡下定子电流故障特征定义及其表达式,提出基于定子单相电流的叶轮不平衡故障诊断方法。最后,建立考虑叶轮不平衡故障的双馈风电机组仿真模型,对机组在不同风速和不平衡度下的故障特征进行仿真分析。结果表明与直接对定子电流、叶轮转速进行频谱分析相比,所述方法能够有效地提取出叶轮不平衡故障特征,且通过监测特征频率幅值的变化情况,可以有效地判断出不平衡故障严重程度。     

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。     

基于Hilbert模量频谱分析的转子断条检测

针对定子电流频谱难以突出故障特征分量的弱点,提出了基于Hilbert模量频谱分析的转子断条检测方法。通过对定子电流的Hibert模量作傅立叶变换,将定子电流的故障特征频率分量转换为低频分量,再采用数字滤波和频谱细化的方法准确得出特征分量的幅值和频率。仿真结果表明,在转差率很小时,该方法可以有效避免故障特征分量被基频分量淹没,并能准确提取故障特征分量的信息。     

异步电动机定子故障检测新算法

为了提高异步电动机定子故障检测的可靠性,提出了计及转子故障时的异步电动机定子故障检测新算法.进行了定子绕组匝间短路与转子断条故障瞬态仿真并对仿真结果做了分析,指出:转子故障将导致定子电流出现(1±2 s)f1频率分量(s为转差率,f1^为供电频率),并使常规的定子电流负序分量算法准确性降低,而定子电流负序分量恰恰是定子故障特征量之一,因此转子故障将影响定子故障检测的可靠性,甚至导致故障误判.提出了计及转子故障时的定子故障检测新算法,其关键在于:预先采用频谱分析与校正、自适应滤波技术滤除来源于转子故障的定子电流(1±2s)f1频率分量.大量仿真与实验结果表明,该算法在转子正常或故障2种情况下均可准确计算定子电流负序分量.     

基于EMD和改进多重信号分类的感应电机故障检测方法

针对感应电机中多类型故障的检测问题,提出一种基于经验模态分解(EMD)和改进多重信号分类(MUSIC)算法的检测方法。通过采集器采集电机定子的稳态电流信号。利用EMD对稳态电流信号进行时域分解,获得包含丰富故障信息的两个本征模态函数(IMF)。利用MUSIC算法对IMF进行频域分析,获得各类故障的特征频率,同时引入了Prony算法来确定IMF频谱中的幅值。基于故障频域特征,对转子断条、轴承缺陷和转子质量不平衡这3种故障进行检测。实验结果表明,该方法不仅能够应用于单一故障检测,还能够在多故障并发时准确检测出所有故障。     

直驱式永磁同步海流机叶轮不平衡故障建模与实验研究

为了研究复杂工况下叶轮不平衡故障对海流机运行的影响,建立从来流流速输入到定子电流输出的机电耦合数学模型。该模型与实验结果相匹配,不仅能呈现湍流下海流机叶轮不平衡故障特性,同时能够减少计算时的复杂运算。为了验证该模型模拟实际海流机运行的可靠性,首先对直驱式永磁同步海流机在不同流速下正常运行模式和叶轮不平衡故障模式进行实验测试。其次,利用海流机实测正常运行数据对数学模型进行修正,在修正模型中添加不平衡故障模块得到叶轮不平衡故障仿真结果,并与实验结果对比。仿真结果得到了与实测值较为相近的结果,验证了该模型的有效性和可靠性。     

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.     

电压不平衡下双馈感应发电机机侧变换器无源控制方法

电网电压不平衡时对双馈感应发电机(DFIG)系统的正常运行有很大损害,传统的控制方法不能完全解决此问题。根据电压不平衡情况下DFIG的工作原理,文中提出了基于端口受控的耗散哈密顿(PCHD)模型的互联和阻尼分配的无源控制(IDA-PBC)方法进行DFIG机侧变换器的控制器设计,详细推导出DFIG机侧变换器分别在正序和负序下基于PCHD模型的IDA-PBC控制器,并计算出了在消除电压不平衡引起的定子输出功率的2次谐波、转子电流的2次谐波以及定子电流的2次谐波等3种不同的控制目标下对应的定子电流和转子电流的给定值。仿真和实验结果表明,所提出的控制方案能有效地抑制电网电压不平衡故障时定子及转子的不平衡电流和降低定子输出功率的波动,且优于传统的比例—积分—微分控制方法。     

隐极同步发电机转子匝间短路时转子不平衡磁拉力特征分析

考虑到转子匝间短路会在定子回路产生与极对数和定子绕组形式有关的偶数次和分数次不平衡电流分量,首先基于不平衡电流谐波分量产生的各次谐波磁动势,推导了转子在定子直角坐标系中不平衡磁拉力(UMP)的表达式,并根据故障时定、转子磁动势的特点,得到了故障后UMP的频率分量表达形式,形成了一套完整的故障时UMP特征分析方法。用该方法对不同极对数的隐极发电机样机转子匝间短路故障进行了分析,并通过基于ANSOFT软件的场路耦合计算得到了故障中转子电磁力的数值结果。仿真结果符合理论分析的UMP特征,验证了所提出的转子受力分析方法的正确性。理论分析与仿真结果均表明,不同极对数和定子绕组形式的发电机故障时转子UMP的谐波特征不同,为机电信息融合的转子匝间短路故障监测奠定了基础。     

瞬时功率分解算法在感应电机定子故障诊断中的应用

分析了电压不平衡、电压及负载的动态变化在故障负序电流检测中的表现；揭示了电机的负序感抗受电机自身固有不对称，铁磁饱和程度以及转子漏抗、转子几何静偏心的影响而非常数；提出了一种基于瞬时功率分解算法(IPDT)的感应电机定子线圈故障诊断方法，导出了故障负序电流的近似表达式：利用该方法可消除非故障因素产生负序电流的影响。实验结果证实，电机在不同条件下运行时，用该方法检测定子线圈故障，均可提高故障识别的精度。     

基于广义似然比检验算法的IM定子故障诊断

围绕闭环控制下逆变器驱动感应电机(IM)系统的定子故障问题,设计了一种新型的基于广义似然比检验算法的定子故障诊断方法.IM定子故障通常从匝间短路开始,可演变为相间或相对地故障,从而导致定子电流不平衡.所提出的诊断方法首先进行定子电流对称分量计算,然后基于最大似然估计器估计基频和三相相量,并应用广义似然比检验实现不平衡故障诊断.在1.5 kW IM测试平台上,用与定子绕组串联的附加电阻模拟故障,并进行了故障诊断测试,实验结果验证了新方案可对IM定子故障进行有效检测.     

基于扩充Prony算法的感应电动机转子断条故障诊断

检测感应电机转子断条故障及故障程度的关键在于查找定子电流谱中频率为(1±2s)f的间谐波含有率。传统的谱分析由于加窗和截断带来的频谱泄漏,使特征谱难以辨识,采用现代谱估计中的扩充Prony算法,基于定子电流信号的AR参数估计,计算信号的谱线构成,依据故障电机稳态运行时的定子电流特征,选取合适的阶数,能够精确地检测到(1±2s)f故障特征分量的幅值和频率,回避了频谱泄漏问题,为感应电动机转子断条故障的MCSA检测法提供了一条新的途径。通过实验室实测算例验证了该方法的有效性,在电机空载和轻载运行时也能够准确地检测出故障特征信号,诊断出故障程度。     

利用逆同步速坐标变换检测感应电机定子故障

针对感应电机电流中谐波和噪声影响定子匝间短路故障诊断结果的问题,提出了利用逆同步速坐标变换提取定子故障特征的方法.利用改进的相关算法准确提取三相定子电流基波信息,通过逆同步速坐标变换将基波正序分量转换成二倍频交流量,负序分量转换成直流量.采用均值法提取直流分量,导出了负序分量在逆同步速旋转坐标系下合成矢量幅值,并考虑电机先天不平衡因素定义了表征匝间短路故障程度的灵敏度因子.实验结果表明,该方法避开了先天不平衡、谐波及噪声对诊断结果的影响,灵敏度因子可准确反映定子匝间短路故障特征.系统只需采样电压频率和电流信号,易于工程实现.     

基于相关分析的感应电机定子故障诊断方法研究

分析了感应电机定子线圈短路故障时的振动特征及定子电流的谱特性，指出由于受电机固有不对称等因素的影响，单纯利用振动谱分析或定子电流信号频谱分析(MCSA)诊断定子线圈短路故障，不能得到准确可靠的诊断结果；提出了一种基于相关分析的感应电机定子故障诊断方法，能有效提取电机定子故障时的特征信息，利用该方法可提高故障识别的精度；实验结果证实，基于相关分析得到的谱特征可以作为感应电机定子线圈短路故障诊断的依据。     

Morlet小波变换在感应电动机气隙偏心故障诊断中的应用

针对快速傅里叶变换(FFT)在分析感应电动机电流信号时存在的频谱泄漏和噪声干扰阻碍故障特征频率识别的问题,提出了一种针对感应电动机定子电流包络线的Morlet小波分析新方法,有效消除了频谱泄漏和噪声干扰的影响,分析了感应电动机在气隙偏心故障时故障频率的特征,最后通过实验及仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。     

基于EEMD-HHT的双馈感应发电机定子匝间短路故障研究

采用多回路理论构建电路模型,通过MATLAB进行不同故障的仿真,经分析得出定子匝间短路电流的谐波特性以及电压不平衡故障电流的谐波情况,对比可知二者谐波特性相类似,难以通过故障电流区分两种故障。用EEMD-HHT方法分析处理故障电流后,两种故障所得的现象不同,由此很好地区分了这两种故障情况,在定子匝间短路故障的诊断中,排除了电压不平衡故障的干扰,同时该方法还能得出电机故障的发生时刻,可以为定子匝间短路故障检测提供更加可靠的保障。     

利用相关性基波消去法诊断电机转子断条故障

针对感应电机转子故障时,定子电流中新增的故障特征分量被基波信息淹没而难以识别的问题,提出基于相关性基波消去法来检测转子断条故障。根据定子电压与电流基波频率相等的特点,构造出与定子电压同频的参考信号,利用改进的相关算法提取定子电流基波信号的幅值与相位,将基波分量准确滤除来突出转子断条故障信息,然后对滤波后的故障信号作频谱分析,可容易诊断出转子断条故障。该方法无需复杂的坐标变换,计算量小,实时性大大提高。实验结果表明:该方法具备较强的故障辨识能力,即使在轻载的情况下仍能有效对转子故障作出诊断。另外,系统只需采样单相电流信号和电压频率信号,工程开销小,易于实现。     

线间补偿型匝间短路故障自动容错永磁同步电机故障位置检测方法

定子绕组匝间短路故障是永磁同步电机(PMSM)最常见的故障之一。该故障会造成三相电流不平衡,输出转矩剧烈波动,输出能力下降。故障严重时,过大的短路电流会烧毁绕组。为了解决匝间短路故障产生的问题,课题组此前提出了一种具有匝间短路故障自动容错能力的PMSM。针对该特种电机,提出了一种匝间短路故障位置的检测方法。介绍了电机的特殊结构,并通过数学模型推导出利用电机漏磁路特性和原有定子线圈判别故障线圈所在相的方法。使用ANSYS软件建立电机有限元模型,对电机不同匝间短路情况进行仿真,验证了该检测方法的正确性。