鼠笼式异步电动机转子断条故障诊断技术及其应用研究

论文摘要

鼠笼式异步电动机作为现代工业生产中的主要执行部件，其正常工作与否，直接关系到整个生产过程运行状况的好坏。转子断条故障是电机比较常见的一种故障类型，其危害性严重，且不易被检测。因此，研究转子断条故障诊断技术，以便在电机转子断条故障早期及时检测出故障，预防故障的进一步恶化，具有重要理论研究意义和实际经济价值。本文首先阐述了转子断条故障诊断技术研究的现状，对转子断条故障机理进行了分析，为采用电流频谱法检测断条故障奠定了理论基础。通过有限元仿真模型分析了轻微断条故障对电机转差率的影响，并通过实际电机测速进行了验证。由于断条故障频率分量极易受到电源频率分量的干扰，采用了IIR陷波器对电源频率信号进行陷波处理，在FFT频谱上对断条故障进行分析。针对IIR陷波器在对电源频率跟踪上的不足，引入LMS算法自适应陷波器来实现对电源频率的跟踪，并通过仿真验证了该方法的可靠性。为了提高断条故障诊断的准确性，提出了将自适应陷波器和Hilbert-Huang变换相结合，在边际谱上实现对断条故障诊断的新方法。由于传统LMS算法存在收敛速度，时变跟踪能力，稳态失调与算法复杂度不能兼顾的问题。本文对目前常用的VS-LMS算法进行了分析，研制了转子断条故障系统仿真平台，实现了对用于断条故障检测的VS-LMS算法的优化选择。最后，在当前的检测方法与故障诊断手段研究的基础上，开发了一套以TMS320F2812和LabVIEW核心的转子断条故障诊断系统，并实现了对转子断条故障有效诊断。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 故障诊断技术的发展趋势
• 1.3 鼠笼式异步电动机故障诊断技术概述
• 1.3.1 异步电动机常见的故障类型
• 1.3.2 转子断条故障诊断技术的研究现状
• 1.4 转子断条故障诊断研究存在的问题
• 1.5 本文的主要研究内容
• 1.6 课题来源
• 2 转子断条故障原因分析与故障机理研究
• 2.1 转子断条故障原因分析
• 2.2 转子断条故障机理分析
• 2.3 转子断条故障信号来源选择
• 2.4 电机的有限元仿真模型分析
• 2.5 本章小结
• 3 基于陷波器的断条故障仿真分析
• 3.1 基于 IIR 陷波器的断条故障仿真
• 3.1.1 IIR 陷波器的工作原理
• 3.1.2 IIR 陷波器的性能分析
• 3.1.3 IIR 陷波器的仿真
• 3.1.4 IIR 陷波器存在的不足
• 3.2 基于 LMS 算法自适应陷波器的断条故障仿真
• 3.2.1 LMS 算法自适应陷波器的工作原理
• 3.2.2 LMS 算法自适应陷波器的仿真
• 3.3 本章小结
• 4 基于 Hilbert-Huang 变换的转子断条故障诊断研究
• 4.1 Hilbert-Huang 变换简介
• 4.1.1 本征模态函数
• 4.1.2 经验模态分解的步骤
• 4.1.3 Hilbert 谱和边际谱
• 4.2 转子断条故障特征分量在边际谱上的识别
• 4.3 本章小结
• 5 基于 LabVIEW 的转子断条故障诊断研究
• 5.1 VS-LMS 算法自适应陷波器简介
• 5.2 基于 LabVIEW 的转子断条故障诊断系统仿真平台
• 5.2.1 VS-LMS 算法的性能分析
• 5.2.2 VS-LMS 算法自适应陷波器在转子断条故障诊断中的应用
• 5.3 本章小结
• 6 转子断条故障诊断系统设计
• 6.1 系统总体方案设计
• 6.1.1 下位机主控芯片的选择
• 6.1.2 下位机程序开发环境简介
• 6.1.3 上位机软件简介
• 6.1.4 系统总体方案设计
• 6.2 下位机系统设计
• 6.2.1 电流信号采集调理电路
• 6.2.2 下位机控制电路
• 6.2.3 下位机主程序
• 6.3 上位机系统设计
• 6.3.1 系统启动界面
• 6.3.2 用户登录界面
• 6.3.3 串口配置界面
• 6.3.4 在线诊断界面
• 6.3.5 离线诊断界面
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历
• 学位论文数据集