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基于瞬時(shí)功率信號(hào)頻譜分析的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子故障在線診斷方法

發(fā)布時(shí)間:2008/6/5 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):801

  摘 要:該文介紹了一種基于瞬時(shí)功率頻譜分析的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子故障監(jiān)測(cè)與診斷方法。采集定子某兩個(gè)端子之間的線電壓和對(duì)應(yīng)的線電流,由二者的乘積即可構(gòu)成瞬時(shí)功率信號(hào)。理論分析表明,與常見(jiàn)的基于定子線電流頻譜分析方法相比,使用瞬時(shí)功率信號(hào)能避免基波電流對(duì)故障特征成分的影響,更好地突出故障特征,分離復(fù)合故障。這些都有益于對(duì)故障程度的量化,和診斷規(guī)則的建立。通過(guò)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行斷條和偏心故障設(shè)置,多種故障情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了上述結(jié)論。

  關(guān)鍵詞:鼠籠式異步電動(dòng)機(jī);轉(zhuǎn)子;故障診斷;瞬時(shí)功率;頻譜分析

1 引言

  轉(zhuǎn)子斷條和偏心是鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障,若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而讓其繼續(xù)“帶病”運(yùn)行,時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能造成設(shè)備損壞,產(chǎn)量下降,維護(hù)費(fèi)用增大等不良后果。

  為了能在其形成的初期盡早發(fā)現(xiàn)故障,需要有可靠的監(jiān)測(cè)與診斷方法。監(jiān)測(cè)的途徑很多,如定子電流信號(hào)監(jiān)測(cè)、振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)、軸電壓監(jiān)測(cè)、軸向漏磁監(jiān)測(cè)等[1-2]。定子電流監(jiān)測(cè)方法因可以做成非侵入式而得到最為廣泛的應(yīng)用。

  當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)斷條、端環(huán)斷裂等故障時(shí),會(huì)在定子電流中產(chǎn)生頻率為
fbr=(1±2ks)f1 (1)
  的故障特征成分,k=1,2,3…;當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)偏心故障時(shí),定子電流中會(huì)產(chǎn)生頻率為
fece=(f1±m(xù)fτ) (2)

  的故障特征成分,m=1,2,3…。其中f1為外加電壓頻率;fr為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率(fr =(1-s) f1/p;s為轉(zhuǎn)差率;p為電機(jī)的極對(duì)數(shù))。

  最典型的電流監(jiān)測(cè)與診斷方法是對(duì)采樣的單個(gè)線電流信號(hào)進(jìn)行頻譜分析,根據(jù)頻譜中是否存在與故障相關(guān)的特征頻率成分及其大小來(lái)判定故障是否存在及故障的程度。這種方法簡(jiǎn)單易行,硬軟件開(kāi)銷小。但是,通常異步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率就小,輕載或空載時(shí)的轉(zhuǎn)差率更小。轉(zhuǎn)子斷條的主要特征頻率為(1±2s)f1,因s很小,(1±2s)f1f1很接近,且幅值相差很懸殊,導(dǎo)致線電流的頻譜中前者容易被后者淹沒(méi),難以準(zhǔn)確診斷故障。為此,需要消除基波對(duì)斷條故障特征頻率成分的影響,直接濾除線電流信號(hào)中的基波成分同樣會(huì)影響到斷條特征頻率成分。一般的做法是利用自適應(yīng)陷波濾波[3-4]途徑來(lái)減小基波分量。從線電壓信號(hào)中選擇一個(gè)與基波電流相位相近的分量,然后與電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換值相減,同樣可以減小基波的影響,更好地突出故障特征,這就是相關(guān)抵消法[5]的基本思想。

  同時(shí)采集多相電流、電壓信號(hào),經(jīng)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換來(lái)突出斷條故障特征,是近年來(lái)的努力方向。park’矢量方法[6-8]是同時(shí)采樣三相電流,將其轉(zhuǎn)換到靜止的兩軸坐標(biāo)系(a、b)中,由ia、ib形成的軌跡來(lái)進(jìn)行故障診斷。擴(kuò)展 的park’矢量方法[9]是通過(guò)對(duì)由構(gòu)成的所謂的park’

  摘 要:該文介紹了一種基于瞬時(shí)功率頻譜分析的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子故障監(jiān)測(cè)與診斷方法。采集定子某兩個(gè)端子之間的線電壓和對(duì)應(yīng)的線電流,由二者的乘積即可構(gòu)成瞬時(shí)功率信號(hào)。理論分析表明,與常見(jiàn)的基于定子線電流頻譜分析方法相比,使用瞬時(shí)功率信號(hào)能避免基波電流對(duì)故障特征成分的影響,更好地突出故障特征,分離復(fù)合故障。這些都有益于對(duì)故障程度的量化,和診斷規(guī)則的建立。通過(guò)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行斷條和偏心故障設(shè)置,多種故障情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了上述結(jié)論。

  關(guān)鍵詞:鼠籠式異步電動(dòng)機(jī);轉(zhuǎn)子;故障診斷;瞬時(shí)功率;頻譜分析

1 引言

  轉(zhuǎn)子斷條和偏心是鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障,若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而讓其繼續(xù)“帶病”運(yùn)行,時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能造成設(shè)備損壞,產(chǎn)量下降,維護(hù)費(fèi)用增大等不良后果。

  為了能在其形成的初期盡早發(fā)現(xiàn)故障,需要有可靠的監(jiān)測(cè)與診斷方法。監(jiān)測(cè)的途徑很多,如定子電流信號(hào)監(jiān)測(cè)、振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)、軸電壓監(jiān)測(cè)、軸向漏磁監(jiān)測(cè)等[1-2]。定子電流監(jiān)測(cè)方法因可以做成非侵入式而得到最為廣泛的應(yīng)用。

  當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)斷條、端環(huán)斷裂等故障時(shí),會(huì)在定子電流中產(chǎn)生頻率為
fbr=(1±2ks)f1 (1)
  的故障特征成分,k=1,2,3…;當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)偏心故障時(shí),定子電流中會(huì)產(chǎn)生頻率為
fece=(f1±m(xù)fτ) (2)

  的故障特征成分,m=1,2,3…。其中f1為外加電壓頻率;fr為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率(fr =(1-s) f1/p;s為轉(zhuǎn)差率;p為電機(jī)的極對(duì)數(shù))。

  最典型的電流監(jiān)測(cè)與診斷方法是對(duì)采樣的單個(gè)線電流信號(hào)進(jìn)行頻譜分析,根據(jù)頻譜中是否存在與故障相關(guān)的特征頻率成分及其大小來(lái)判定故障是否存在及故障的程度。這種方法簡(jiǎn)單易行,硬軟件開(kāi)銷小。但是,通常異步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率就小,輕載或空載時(shí)的轉(zhuǎn)差率更小。轉(zhuǎn)子斷條的主要特征頻率為(1±2s)f1,因s很小,(1±2s)f1f1很接近,且幅值相差很懸殊,導(dǎo)致線電流的頻譜中前者容易被后者淹沒(méi),難以準(zhǔn)確診斷故障。為此,需要消除基波對(duì)斷條故障特征頻率成分的影響,直接濾除線電流信號(hào)中的基波成分同樣會(huì)影響到斷條特征頻率成分。一般的做法是利用自適應(yīng)陷波濾波[3-4]途徑來(lái)減小基波分量。從線電壓信號(hào)中選擇一個(gè)與基波電流相位相近的分量,然后與電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換值相減,同樣可以減小基波的影響,更好地突出故障特征,這就是相關(guān)抵消法[5]的基本思想。

  同時(shí)采集多相電流、電壓信號(hào),經(jīng)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換來(lái)突出斷條故障特征,是近年來(lái)的努力方向。park’矢量方法[6-8]是同時(shí)采樣三相電流,將其轉(zhuǎn)換到靜止的兩軸坐標(biāo)系(a、b)中,由ia、ib形成的軌跡來(lái)進(jìn)行故障診斷。擴(kuò)展 的park’矢量方法[9]是通過(guò)對(duì)由構(gòu)成的所謂的park’

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