SATI故障诊断方法及其智能化装置的研究

论文摘要

三相鼠笼式异步电动机由于其优良的性能和低廉的价格而获得了广泛的应用，其转子铝条性能的优劣，直接影响电动机整机质量的高低。对SATI（Squirrel-cage Aluminum-rotor of Three-phase Induction-motor）故障诊断方法及其智能化装置进行研究就是为了严格地从生产源头控制电动机转子铝条的质量。文中从三相异步电动机的基本电磁理论出发，结合其转子故障情况下的电磁关系，深入研究了转子故障特征及其诊断对策。传统的电感计算公式适合无故障电动机的分析计算，难以满足有故障电动机的分析计算要求。为此，文中从绕组函数出发，结合气隙的表达式，系统地推导了适合于任意运行状态下的异步电动机定、转子电感参数计算公式，以此为基础进行的异步电动机断条故障诊断仿真结果与实验结果基本吻合，这是该课题主要研究成果之一。使用传统的线电流频谱分析方法往往难以突出断条故障特征，因为故障成分的频率和电源频率十分接近。为此，文中研究了三种不同的异步电动机故障诊断方法：基于Hilbert模量频谱分析的转子故障诊断方法；基于矢量控制的故障诊断方法；基于瞬时功率信号频谱分析的故障诊断方法。这三种故障诊断方法可以从相关波形图中明显地看出转子是否存在故障，随着断条数目的增多，故障成分的幅值明显增大。超声波无损检测结果可以通过显示屏实时形象地显示出转子铝条的缺陷状况（诸如：端环裂缝、铝条裂缝、铝条气泡等）。在文中所提供的SATI故障诊断理论方法的基础上，精心策划了电测、磁测和声测的具体设施及其在SATI故障诊断中的运用方法；并且还提供了该故障诊断系统的相关机械设施。由于该课题是一个融合电学、磁学、声学、数学、机械学等学科的综合型研究课题，其难度和工作量较大，同时受时间和财力条件所限，其样机制作有待于继续进行该课题研究的师弟师妹们完成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的现实意义
• 1.2 研究动态与现状
• 1.3 本文完成的主要工作
• 第2章 转子铝条常见故障
• 2.1 压铸转子生产工艺简介
• 2.2 SATI常见故障现象及起因
• 2.3 SATI故障测试对策
• 第3章 转子故障机理分析
• 3.1 概论
• 3.2 转子故障特征
• 3.3 仿真模型
• 第4章 SATI故障诊断的理论方法
• 4.1 概论
• 4.2 基于Hibert模量频谱分析的SATI故障诊断方法
• 4.2.1 Hibert变换原理及Hibert模量的构成方法
• 4.2.2 转子故障特征在Hibert模量中的表现
• 4.2.3 实验结果
• 4.3 基于矢量控制的SATI故障诊断方法
• 4.3.1 转子故障在同步旋转坐标系电流分量中的表现形式
• 4.3.2 转子磁链方向角的提取
• 4.3.3 实验结果
• 4.4 基于瞬时功率频谱分析的SATI故障诊断方法
• 1（t）的定义及转子故障在其中的表现'>4.4.1 瞬时功率 P₁（t）的定义及转子故障在其中的表现
• 3（t）的定义及转子故障在其中的表现'>4.4.2 平均瞬时功率P₃（t）的定义及转子故障在其中的表现
• 4.4.3 实验结果
• 4.5 基于断条特征频率的SATI故障程度诊断方法
• 4.5.1 无故障异步电动机的电流
• 4.5.2 转子一根断条异步电动机的电流
• 4.5.3 转子多根断条异步电动机的电流
• 4.5.4 断条特征频率与断条根数之间的关系
• 第5章 SATI故障诊断的具体设施
• 5.1 SATI故障的电测诊断
• 5.1.1 电测的原理
• 5.1.2 电测的数据处理
• 5.1.3 电测的设施
• 5.2 SATI故障的磁测诊断
• 5.2.1 磁测的原理
• 5.2.2 磁测的数据处理
• 5.2.3 磁测的设施
• 5.3 SATI故障的声测诊断
• 5.3.1 声测的原理
• 5.3.2 声测的图象处理
• 5.3.3 声测的设施
• 第6章 SATI测试装置的策划
• 6.1 测试装置的机械结构
• 6.1.1 测试装置的基本架构
• 6.1.2 被测转子的流水传输
• 6.2 测试装置的传感器组件
• 6.2.1 霍尔电流电压传感器及其相关部件
• 6.2.2 超声波传感器及其相关部件
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢