基于EMD与ZOOM-FFT结合的感应电机转子断条检测

论文摘要

感应电机以其结构简单、价格低廉、可靠性高、维护方便而在工农业中取得了广泛应用。随着现代工业系统的飞速发展,电机的单机容量不断增加,所驱动的负载也越来越复杂。电机故障不仅会损坏电机本身,严重时还会使电机突然停机、生产线崩溃,造成巨大的经济损失和灾难性后果。历史数据表明,转子断条是感应电机最常见的故障,占其全部故障种类的10%左右。感应电机转子断条故障诊断已成为热点课题之一。检测转子断条的一般方法是判断是否存在频率为（1-2s）f1（其中s为转差率,f1为电网频率）的故障特征分量。在频谱中,故障特征分量离基波频率分量很近且幅值很小,容易受到基波频率分量泄漏的影响。尽管快速傅立叶变换是一种有效的方法且在信号处理中得到广泛应用,但是它只适合于平稳信号,并且在信号转换时会丢失一些时间域的信息。近年来,一些适于分析非平稳信号的且优于快速傅立叶变换的故障诊断方法,开始应用于诊断感应电机转子断条故障,其中大多数方法是根据转子断条定子电流中的故障变频分量来判断,例如小波和小波包变换,希尔伯特变换等。本文先介绍了感应电机转子断条故障的原理和特点,着重讨论了故障诊断中的信号处理方法和传统的基于定子电流傅立叶变换进行数据处理的方法。Hilbert-Huang变换是一种新型的信号处理方法,非常适合处理非线性、非平稳信号。这种方法包括两个过程:EMD（经验模态分解）和Hilbert变换,其中最关键的部分是EMD方法,是一种自适应的信号处理方法。ZOOM-FFT是一种选带的细化快速傅立叶变换,具有较高的频率分辨率,有利于分析频率差别小的频率分量。因此本文根据感应电机转子断条故障信号的特点,提出了将EMD分析与ZOOM-FFT结合在一起,进行感应电机转子断条故障的诊断。即先对定子电流信号进行EMD分解,提取反映故障信息的IMF（内禀模态函数）分量,再对该IMF分量进行ZOOM-FFT,以取得较好的频谱分析结果。通过理论分析,大量的仿真计算和实验测量结果分析,证明了这种诊断方法的可行性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的现实意义
• 1.2 感应电机转子故障诊断技术研究现状
• 1.2.1 感应电机故障主要类型及主要原因
• 1.2.2 感应电机转子故障诊断方法研究现状
• 1.2.3 感应电机转子断条故障信号处理技术的研究现状
• 1.3 本文主要目的和研究内容
• 第二章 感应电机转子断条故障分析
• 2.1 感应电机转子断条故障的机理分析
• 2.2 感应电机转子断条故障检测的基本原理
• 2.3 感应电机转子断条故障检测中定子电流频谱法的仿真实现
• 2.4 本章小结
• 第三章 故障信号分析理论基础
• 3.1 傅立叶变换
• 3.2 短时傅立叶变换原理
• 3.3 小波和小波包变换
• 3.3.1 小波变换
• 3.3.2 多分辨率分析
• 3.3.3 小波包变换
• 3.3.4 小波变换技术存在的问题
• 3.4 Hilbert-Huang 变换
• 3.4.1 Hilbert 变换及瞬时频率
• 3.4.2 特征时间尺度
• 3.4.3 内禀模态函数
• 3.5 本章小结
• 第四章 感应电机转子断条故障信号处理
• 4.1 转子断条故障信号的特点
• 4.2 感应电机断条故障检测的常用方法
• 4.2.1 傅立叶变换基本原理
• 4.2.2 傅立叶仿真分析
• 4.2.3 小波分析在故障信号处理中的应用
• 4.3 ZOOM-FFT
• 4.3.1 ZOOM-FFT 原理
• 4.3.2 ZOOM-FFT 仿真分析
• 4.4 EMD 方法
• 4.4.1 EMD 分解的原理
• 4.4.2 EMD 分解的算法
• 4.4.3 EMD 方法的特点
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于 EMD 与 ZOOM-FFT 结合的感应电机转子断条诊断
• 5.1 感应电机转子断条原因过程分析
• 5.2 感应电机转子故障时定子电流的特点
• 5.3 基于EMD 与ZOOM-FFT 结合法检测感应电机转子断条故障
• 5.3.1 EMD 的分解过程
• 5.3.2 感应电机转子断条故障的仿真研究
• 5.3.3 感应电机转子断条故障的实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢