Using a Surge Tester to Detect Rotor Eccentricity Faults in Induction Motors

This paper discusses a new method to detect rotor eccentricity faults in induction motors using a so-called surge test that is applied to the stator windings. Rotor eccentricity faults cause an asymmetrical air gap in induction motors, which makes the surge waveform shape depend on rotor position. The change of surge waveform per revolution can be used to indicate any abnormal air gap problem clearly. The feasibility of this detection scheme is verified by experiments. The surge test is a nonintrusive, cost-efficient, and reliable offline method that is particularly useful for routine and predictive maintenance.     

Mechanical Load Fault Detection in Induction Motors by Stator Current Time-Frequency Analysis

This paper examines the detection of mechanical faults in induction motors by an original use of stator current time-frequency analysis. Mechanical faults lead generally to periodic load torque oscillations. The influence of the torque oscillations on the induction motor stator current is studied using an analytical approach. The mechanical fault results in a sinusoidal phase modulation of the stator current, which is equivalent to a time-varying frequency. Based on these assumptions, several signal processing methods suitable for stator current signature analysis are discussed: classical spectral analysis, instantaneous frequency estimation, and the Wigner distribution. Experimental and simulation results validate the theoretical approach in steady-state operating conditions     

感应电机定子匝间短路故障建模与仿真研究

介绍了一种用于分析定子匝间短路故障的三相感应电机新模型,该模型由原始的相轴线模型变换可得,能应用于电机定子三相不对称情况下的故障诊断.基于MATLAB/SIMULINK建立感应电机故障仿真模型,分析定子电流波形,当定子的匝间短路数达到一定的程度,对应定子电流有效值明显变化.     

发电机气隙偏心时定子并联支路的环流特性分析

为了有效监测和诊断发电机主要的机械故障之一的气隙偏心故障,在分析发电机正常情况及气隙偏心故障时定子绕组并联支路环流特性的基础上,提出了一种基于环流特性的气隙偏心故障诊断方法。通过分析汽轮发电机在正常运行和气隙偏心故障时的气隙磁势、磁导、磁密,推导得到了发电机定子绕组各并联支路感应电势瞬时值和电势差的瞬时值表达式,然后结合静偏心、动偏心、动静复合偏心3种偏心故障下的气隙情况,具体分析了偏心故障下的定子并联支路环流的谐波成分特性及其与对应故障参数的变化关系,从而得到了定子绕组并联支路环流特性即故障使环流基频成分突出,环流值随偏心程度的加重而增大。实测SDF-9型故障模拟发电机气隙偏心故障时环流信号与理论分析结果基本符合。     

三相异步电动机定子绕组故障的动态模型

提出了一种分析三相异步电机定子绕组常见故障的动态模型。本文以定子 绕组的每个线圈为基本单元,推导出基本单位的电路参数计算方法。根据不 同的定子绕组故障,使用联接矩阵将单个定子线圈组合为相应的定子绕组。 本文的方法可准确分析异步电机定子绕组的不同故障状态。     

自适应陷波滤波器在异步电动机故障诊断中的应用

本文应用自适应陷波滤波器对异步电动机定子电流信号进行处理，其结果有利于转子故障特征的提取。实测结果表明，这种方法可以提高故障诊断的灵敏度。     

Detection of Stator Faults in Induction Machines Using Residual Saturation Harmonics

Stator fault is one of the most commonly occurring faults in ac machines. Recent estimates suggest that 30%–40% of all reported induction machine faults are stator fault related. Going by the number of occurrences, the position of stator faults is only second to bearing-related faults. Third harmonic line currents, which are caused by the interaction of a reverse-rotating field and saturation-related permeance variation, the third harmonic component in the line voltage, and the speed ripple consequent to the reverse-rotating field, have been reported to increase under stator fault conditions. Since the reverse-rotating field is produced by voltage unbalance as well as stator faults, the measurement of third harmonic in the line current may not be a reliable estimator of stator faults, particularly at an incipient stage. The third and the other triplen-related harmonics are however found to be a very decisive indicator of the fault if measured in the machine terminal voltages just after switch-off. The fault-detection technique is independent of machine parameters and supply unbalances. Simulation and experimental results with very few shorted turns show that not only the presence of stator fault but also the phase in which the fault has occurred can be detected reliably. However, because of the nature of detection, it should strictly be called an offline method that can only validate existing online schemes, unless used for motors operating continuously in transient modes or form-wound machines.     

累加定子电流的异步电动机反时限特性热保护

较全面地考虑各种因素,根据电动机定子热微分方程提出反映电动机热积累的累加定子电流的反时限保护,不仅能很好地模拟电动机发热和散热过程,而且定量化了反时限累加值Ａ。     

变频电源驱动的感应电机定子短路故障诊断方法

针对由变频电源驱动的感应电机,分析了电网负序电压分量对感应电机定子电流的影响,发现电网负序电压分量不会在定子电流中产生负序电流。因此,对变频电源驱动的感应电机定子故障进行诊断,不再需要对电网负序电压对定子电流的影响进行补偿。基于对逆变器直流侧电流的分析,提出了一种基于逆变器直流侧电流的定子故障诊断方法和一种评估定子故障严重程度的故障严重因子,这种故障严重因子完全独立于电源与负载,同时在物理意义上还具"阻抗"的概念。采用在电机两相之间接短路电阻的方法,模拟定子线圈非金属性短路故障进行实验。实验结果表明:该方法不需要对电网负序电压的影响进行补偿,而且只需要采集一路电流信号,其算法也相对简单,是一种简单有效的方法。     

考虑负荷及惯量影响的感应电机转子故障诊断

该文主要目的是分析感应电机转子故障诊断中两个关键问题:①如何定义独立于负载等级及惯量大小的故障严重因子;②转子故障与负荷波动的区分。详细推导了计及速度波动时转子断条故障在定子电流中引入的左右边频分量(1±2s)fs(s为转差率,fs为电网频率)的表达式,并指出其相位之间存在一定的关系。根据负荷波动及转子断条电机特征电流在dcqc坐标系下对应椭圆方向的不同,实现了二者的区分。以仅由转子故障引入的电流分量幅值为故障特征给故障程度1个更精确的量化指标,即得到1个独立于电机负载等级及惯量大小的故障严重因子。对1台4kW电机进行实验,结果证明了该方法的正确性。     

Constant Torque Operation of Induction Motors Using Chopper in Rotor Circuit

A novel control scheme is investigated for operating induction motors in the constant torque mode. The basic control schemes and analysis of the steady-state performance of the system are presented. Circuit models are used to predict the performance characteristics. A new dc dynamic braking method is proposed and studied that provides very fast braking. Experimental results are presented to verify the theoretical predictions and demonstrate the feasibility of the control schemes.     

感应电机气隙偏心故障研究综述及展望

感应电机广泛用于各个行业,其机械故障大多与气隙偏心有关。该文介绍了国内外感应电机气隙偏心故障的研究状况。首先介绍了基于电机电流信号分析的偏心检测方法,包括理论分析的多回路数学模型,给出了静态偏心、动态偏心、混合偏心和斜偏心状态下的相关重要研究结论,分析和评价了当前的研究方法。其次简要介绍了气隙偏心导致的不平衡磁拉力和振动方面的内容,包括不平衡磁拉力的计算和振动信号分析。最后,根据当前存在的问题和不足,对未来感应电机偏心故障研究进行了展望。指出了大型感应电机偏心故障的研究发展方向在故障诊断和偏心抑制方面,并结合实际提出了更加符合实际的动态弧偏心模型。     

采用BBPSO优化SVM的电机定子故障诊断

为了准确识别感应电机定子匝间短路故障,该文提出一种基于骨干微粒群算法优化支持向量机的故障诊断方法,并给出了可行的诊断步骤。该方法首先利用小波包频带能量分解技术,将定子电流信号的各频率分量分解到不同频带,形成感应电机运行状态的特征向量,并以此作为支持向量机的输入向量。采用支持向量机进行分类,并利用无需设置控制参数的骨干微粒群算法和交叉检验优化模型参数,避免了参数选择的盲目性。最后试验结果表明,该方法诊断感应电机定子匝间短路故障能取得良好的效果。     

异步电动机定子磁链与电磁转矩的逆系统解耦控制方法

为了实现脉宽调制电压源型逆变器供电的异步电动机调速系统定子磁链和电磁转矩的动态解耦控制，基于逆系统理论提出了一种新型的解耦控制策略。根据异步电动机调速系统的动态数学模型，证明了其逆系统的存在性，在此基础上得到了逆系统的输入输出方程。把得到的逆系统和异步电动机调速系统相级联，从而将多变量、非线性、强耦合的控制对象解耦成了两个一阶线性子系统，分别称为转矩子系统和磁链子系统，利用线性控制理论对各个调节器进行了设计，实现了定子磁链和电磁转矩对各自参考值的全局渐进跟踪。使用Matlab软件进行了仿真实验，实验结果验证了控制方案的可行性。     

基于定子电流的笼型异步电动机转子断条故障检测

转子断条故障是笼型异步电动机常见故障之一.通过对基于定子电流的转子断条故障检测方法的研究,对几种方法进行了分析与总结.这些方法所检测到的转子故障信号各有不同,因此应根据具有环境选取更适当的方法.     

应用SVM的异步电动机直接转矩控制仿真

为了减小传统直接转矩控制的磁链和转矩脉动,采用参考电压矢量计算模块和空间电压矢量调制(SVM)模块取代滞环比较器和开关矢量表,并利用Matlab/Simulink仿真软件建立矢量调制的异步电动机直接转矩控制系统模型.磁链环节电压矢量经过简单计算得出,转矩环节电压矢量被有效的分解后由转矩PI控制器和转子转速与定子磁链乘积给出.仿真结果表明,该直接转矩控制系统设计正确,达到了良好的控制效果.     

异步电动机定转子故障检测的交互影响

研究了异步电动机定转子故障检测的交互影响问题。从电磁感应角度揭示出转子故障影响定子故障检测的原因,即转子故障导致定子电流出现边频分量,在其调制作用之下,常规定子电流负序分量算法的计算结果将出现“负序分量”,而定子电流负序分量是定子故障的典型特征。从电磁感应角度讨论了定子故障对转子故障检测的影响问题,并对该影响做了定量分析,指出匝间短路故障确实导致定子电流出现边频分量,而定子电流边频分量是转子故障的典型特征,因此在理论上定子故障将影响转子故障的检测;但轻微甚至某些严重匝间短路故障所导致的定子电流边频分量幅值远远小于转子故障所导致的定子电流边频分量,实际上并不会对转子故障检测产生影响。     

基于EKF的感应电动机转速及负载转矩辨识

提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的感应电动机无传感器系统的转速和负载转矩同时估算方法.在矢量控制的基础上,将电机的运动方程作为一个状态方程,把电机负载转矩看作系统的扩展状态量,根据定子侧测最的电压、电流值,由EKF估算出电机转子磁链、转速及负载转矩.仿真结果表明无速度传感器矢量控制系统具有良好的动态控制性能,即使运行在低速情况下,EKF估计器仍然能够准确地估计转子磁链、转速及负载转矩.     

大型异步电动机定子振动与模态分析

预测电机的振动和噪声需准确计算电机定子结构的固有频率及定子的响应特性。文中利用3D有限元软件研究了定子模态和固有频率，分析了定子叠片结构、绕组对大型异步电机定子固有频率和振动模态的影响；用有限元分析和实验测量确定正交各向异性叠片结构和绕组的材料属性，并与实测结果进行了比较。研究表明，对于大型异步电机，定子绕组对固有频率影响很大，其弹性模量远低于实体铜，有效部分绕组和端部绕组不能简单地以附加质量形式计算固有频率；端部绕组质量和刚度对固有频率的影响大体相互抵消，所以端部绕组对固有频率的影响相对很小。     

用起动电流的时变频谱诊断鼠笼异步电机转子故障

本文研究了鼠笼异步电机起动过程中转子故障特征量－（１－２ｓ）ｆ１分量的变化规律，并通过对异步电机起动过程的定子电流作时变谱分析，以是否存在（１－２ｓ）ｆ１分量，来论断转子有无故障。实测结果表明，这种方法与稳态运行作谱分析的方法相比，具有故障特征信息多、论断灵敏度高、谱分辨率要求低等优点，以及不存在稳态运行时机械负载摆动影响识别故障特征量那种问题。