基于定子电流幅值校正频谱细化的电机转子故障诊断研究

论文摘要

异步电机是完成机电能量转换的主要装置,在现代电力系统中占据着十分重要地位。从电机使用过程中发现,随着电机运行时间延长,其轻微故障很可能导致整个电力系统出现不良现象。因此,诊断电机早期故障对保证电力系统安全正常运行具有重要意义。由于定子电流具有易于采集、受污染小、及可实现在线监测等优势,目前,普遍都是基于此信号进行电机故障检测技术研究。考虑电机转子本身设计缺陷及拖动负荷运行,使其出现故障的几率占电机总故障的10%左右,成为目前电机的主要故障之一。当电机拖动波动负荷运行时,频谱分析产生的多余频率分量很可能引起转子故障的误判。本文主要以稳态定子电流作为故障分析信号,以负荷波动情况下的电机转子故障检测作为研究对象,提出一种新的消除负荷波动影响的转子故障诊断方法,即幅值校正频谱细化技术。该方法在负荷周期波动和稳定情况下都能有效地提取转子故障特征,且能对转子故障严重程度做出整体评估,最终实现有效的转子故障诊断。本文的主要研究内容如下:1.分析异步电机转子故障原因和故障特征在定子电流信号中的特征体现,为基于定子电流信号的转子故障检测研究提供理论基础。2.重点研究基于MATLAB软件的电机转子不对称故障仿真模型的建立,从而获取转子故障数据,便于本文提出检测理论的实验验证。3.详细研究电机拖动波动负荷运行对转子故障特征提取影响,介绍幅值校正频谱细化技术在负荷波动情况下检测转子不对称故障的原理和算法。最后,数字仿真电机拖动波动负荷运行情况,验证该检测理论提取转子故障特征可行性。4.详细研究幅值校正频谱细化技术在转子故障诊断中的实用性。通过与以往的方法比较,如:负荷稳定情况下的Hilbert谱分析法及负荷波动情况下的定子电流稳定信号段细化频率分析法,从实验结果验证本文提出的检测理论在提取转子故障特征方面的有效性。另外,对负荷周期波动情况下的转子故障严重程度系数及电压不平衡对转子故障特征提取影响进行研究,从而实现有效的转子故障早期诊断。最终便于故障预测维修,避免发生严重事故。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 选题依据及国内外研究现状
• 1.3 论文结构与内容安排
• 第二章 基于定子电流的电机转子故障特征分析
• 2.1 电机转子构成及故障原因
• 2.1.1 电机转子构成
• 2.1.2 电机转子故障原因
• 2.2 转子断条故障在定子电流中的特征表现分析
• 2.2.1 主要故障特征频率（1?2s）f 产生机理
• 2.2.2 特征电流频率分量（1±2ks）f 产生机理
• 2.3 本章小结
• 第三章 异步电机转子不对称故障建模及仿真
• 3.1 异步电机转子断条故障后的转子电阻变化分析
• 3.2 基于MATLAB 的异步电机转子不对称故障建模与仿真
• 3.2.1 基于 MATLAB 函数的异步电机建模与仿真
• 3.2.1.1 三相异步电机动态数学模型
• 3.2.1.2 利用 MATLAB 函数建立三相电机仿真模型
• 3.2.1.3 三相异步电机模型仿真实验
• 3.2.2 基于 Simulink 电力库元件的电机转子故障建模与仿真
• 3.2.2.1 电机转子不对称故障仿真模型的建立
• 3.2.2.2 电机转子不对称故障模型仿真实验
• 3.3 本章小结
• 第四章 幅值校正频谱细化技术检测转子故障原理
• 4.1 考虑负荷周期波动的转子故障诊断研究现状
• 4.2 幅值校正频谱细化技术原理
• 4.2.1 幅值校正频谱细化技术流程图
• 4.2.2 幅值校正频谱细化技术的实现方法
• 4.2.2.1 去工频预处理
• 4.2.2.2 幅值校正处理
• 4.2.2.3 获取波动时刻
• 4.2.2.4 频谱细化处理
• 4.2.2.5 考虑负荷波动的转子故障诊断方法比较
• 4.3 本章小结
• 第五章 幅值校正频谱细化技术检测转子故障实验
• 5.1 稳定负荷运行时的转子故障检测
• 5.2 负荷周期波动时的转子故障检测
• 5.3 负荷周期波动时的转子故障严重程度探讨
• 5.4 电压不平衡故障区别转子故障特征
• 5.4.1 电压不平衡对转子故障特征提取的影响
• 5.4.2 负荷波动时的电压不平衡故障区别转子故障特征
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果