感应电动机内部故障分析及检测方法研究

论文摘要

感应电动机因结构简单、运行可靠、成本低等优点,被广泛的应用于各种工业生产中,它们的运行状况直接影响到生产过程能否正常进行。由于各种原因的影响,感应电动机故障时有发生,一旦发生故障,不仅电机自身损坏,严重时还会导致整个生产系统工作中断。因此对感应电动机故障进行分析和检测具有重要意义。感应电动机故障有四种:定子故障、转子故障、轴承故障以及气隙故障。本文主要针对感应电动机最常见的定子绕组匝间短路故障和转子断条故障检测方法进行了研究,主要完成了以下工作:1.在阅读了大量国内外文献的基础上,介绍了感应电动机故障种类、检测方法、技术发展和当前现状。2.从感应电动机的基本电磁关系出发,对定子绕组匝间短路及转子断条故障的特征机理进行了分析。3.基于多回路理论,建立了感应电动机在正常、定子绕组匝间短路、转子断条三种情况下的多回路数学模型。4.针对定子绕组匝间短路故障,本文介绍了两种检测方法,并进行了数字仿真分析。基于派克变换的检测方法:基于派克变换原理,对定子三相电流做派克变换,当定子绕组发生匝间短路时,由于负序电流的存在,使得派克矢量在dq 0坐标系下的轨迹发生畸变,由圆形变为椭圆形。利用该方法可以将基于信号频谱分析的故障诊断方法转化为平面图形的识别。在此基础上提出了对派克矢量模的平方进行频谱分析,根据频谱中是否含有2 f1分量来判断是否发生定子绕组匝间短路。基于频谱校正和自适应滤波技术和定子绕组负序视在阻抗的检测方法:利用频谱校正和自适应滤波技术可以消除转子断条故障产生的负序分量,定子负序阻抗等于定子负序电压与负序电流之比,把定子负序阻抗作为故障特征量进行定子绕组匝间短路故障进行检测,仿真结果表明该方法具有良好的可靠性和灵敏度。5.针对转子断条故障,本文介绍了两种检测方法,并进行了数字仿真分析。基于定子单相瞬时功率的检测方法:功率信号较电流信号有更多的信息量,首先滤掉定子单相瞬时功率信号中的直流分量,再进行傅立叶变化根据信号频谱图中是否存在频率分量来判断转子有无断条。此方法避开了电流边频分量的检测,不存在灵敏度低2sf1和采样分辨率高的缺点。基于希尔伯特变换与连续细化傅立叶变换的检测方法:首先对定子电流信号作希尔伯特变换取得反映转子断条故障特征的调制信号,然后再滤掉直流分量,最后进行连续细化傅立叶变换,以调制信号的频谱中是否存在2sf1频率分量来判断转子是否发生断条。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 感应电动机故障检测的概念及意义
• 1.2 感应电动机的故障类型
• 1.3 感应电动机故障检测方法
• 1.4 感应电动机内部故障检测技术发展和现状
• 1.4.1 定子绕组匝间短路故障检测方法
• 1.4.2 转子断条故障检测方法
• 1.4.3 轴承故障检测方法
• 1.4.4 气隙偏心故障检测方法
• 1.5 本文的主要工作内容
• 第二章 感应电动机工作原理及故障特征机理分析
• 2.1 感应电动机基本原理和工作特性
• 2.1.1 感应电动机的结构
• 2.1.2 感应电动机的工作原理
• 2.1.3 感应电动机的工作特性
• 2.2 感应电动机故障特征机理分析
• 2.2.1 定子绕组匝间短路故障特征机理分析
• 2.2.2 转子断条故障特征机理分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 正常及故障情况下感应电动机数学模型的建立
• 3.1 正常情况下感应电动机多回路方程
• 3.2 感应电动机在定子绕组匝间短路情况下的多回路方程
• 3.3 感应电动机在转子断条情况下的多回路方程
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 仿真模型
• 3.4.2 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 感应电动机定子绕组匝间短路故障检测方法研究及仿真分析
• 4.1 基于Park变换的定子绕组匝间短路故障检测法
• 4.1.1 Park变换的原理
• 4.1.2 基于Park变换感应电机定子绕组匝间短路故障特征的提取
• 4.1.3 仿真分析
• 4.2 基于频谱校正和自适应滤波技术的定子负序视在阻抗定子绕组匝间短路故障检测法
• 4.2.1 频谱校正和自适应滤波技术
• 4.2.2 基于频谱校正和自适应滤波技术的定子绕组负序视在阻抗的检测方法
• 4.2.3 仿真分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 感应电动机转子断条故障检测方法研究及仿真分析
• 5.1 基于定子单相瞬时功率的转子断条故障检测法
• 5.1.1 单相瞬时功率法
• 5.1.2 仿真分析
• 5.2 基于希尔伯特变换和连续细化傅立叶变换的转子断条故障检测法
• 5.2.1 希尔伯特变换原理
• 5.2.2 转子断条故障特征在希尔伯特调制信号中的表现
• 5.2.3 连续细化傅立叶变换技术
• 5.2.4 基于希尔伯特变换和连续细化傅立叶变换的检测方法步骤
• 5.2.5 仿真分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢