基于直流灌注的感应电机转子断条故障检测

论文摘要

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。因此，研究转子故障诊断技术以便在电机故障早期发现故障并及时进行维修，具有重大的理论意义和社会经济效益。本文先讲述向定子绕组灌注直流的基本原理，然后分别论证了两次PQ变换法及扩展Park矢量法测转子断条故障的可行性。等效直流灌注法并非真实地向绕组内部注入直流电流，而是通过串联在电机供电回路的一种简单电路装置，通过改变一个工频周期内此装置两端的阻抗，等效为向定子绕组中注入了一个直流分量。在DIM（直流灌注模式）下，当电机转子断条故障时，定子电流中会附加一个远离基频的故障特征频率f1g=2（1-s）fs（s为电机的转差率，fs为电源基波频率），实验结果论证了上述理论推导的正确性。基于电网电压基波正序分量及其Hilbert变换构造了坐标变换矩阵，定义了PQ变换的概念，提出了在DIM模式（直流灌注模式）下，基于两次PQ变换的转子故障诊断方法的原理。实验结果论证了该方法的可行性。本文还介绍了一种基于对定子电流Park矢量模进行频谱分析的电机转子故障诊断方法。该方法结合了传统的定子电流频谱分析法和Park矢量图形识别法进行电机转子故障诊断的的优点。实验结果验证了该方法的可行性与有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电机故障诊断技术概述
• 1.3 感应电机故障诊断技术现状及存在问题
• 1.3.1 感应电机主要故障类型及原因
• 1.3.2 感应电机转子故障诊断方法研究现状
• 1.4 论文所做的工作及总体结构
• 1.4.1 论文所做的工作
• 1.4.2 论文的总体结构
• 1.5 论文约定
• 第二章 向定子绕组等效灌直流的原理及其对电机运行的影响
• 2.1 等效灌注直流法的原理
• 2.1.1 等效灌注直流电路结构
• 2.1.2 直流灌注模式 DIM（DC Injection Mode）
• 2.1.3 正常运行模式 NM（DC Injection Mode）
• 2.2 DIM模式下灌注直流对电机运行的影响
• 2.2.1 电机转子故障时定子电流中包含的频率分量
• 2.2.2 DIM模式下电机转矩的畸变、功耗及其影响
• 2.3 等效直流灌注法的实验系统硬件设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 DIM模式下基于双 PQ变换的转子故障诊断
• 3.1 引言
• 3.2 DIM模式下，转子断条故障对电机定子电流的影响
• 3.3 旋转坐标变换及其在电机故障诊断中的应用
• 3.3.1 旋转坐标变换原理
• 3.3.2 同步速坐标变换方法及其存在的问题
• 3.4 PQ变换原理
• 3.4.1 PQ变换定义
• 3.4.2 电网电压基波正序分量的提取
• 3.5 基于双 PQ变换的转子断条故障诊断方法
• 3.5.1 基于反向PQ变换的电流负序分量的消除
• 3.5.2 转子断条故障检测原理
• 3.6 诊断实例
• 3.6.1 实验系统
• 3.6.2 数据采集系统及采样信号预处理
• 3.6.3 采集数据及预处理结果
• 3.6.4 软件平台及算法流程
• 3.6.5 诊断结果
• 3.6.6 诊断结果分析
• 3.6.7 转子故障严重程度评估
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于 Park及扩展 Park矢量法检测电机转子故障
• 4.1 引言
• 4.2 Park矢量法
• 4.3 扩展 Park矢量法（Extended Park’s Vector Approach）-EPVA
• 4.4 DIM模式下，基于 Park矢量法和EPVA检测电机转子故障
• 4.4.1 DIM模式下，电机故障时Park矢量与Park矢量平方模中包含的频率分量
• 4.4.2 基于Park矢量法的实验结果及其分析
• 4.4.3 基于扩展Park矢量法（EPVA）的实验结果及其分析
• 4.4.4 电机故障严重程度因子的定义及其与转子断条数的关系
• 4.5 转子断条位置与故障严重程度因子的关系
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 进一步研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢