基于lmd和czt的变频调速电动机故障诊查方法研究

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1、基于LMD和CZT的变频调速电动机故障诊查方法研究第1章绪论1.1研究目的、意义在国民经济建设的各个领域中，电能的使用和电机密不可分[1]。作为能量转换的有力工具，电动机可以运行在发电状态和电动状态，是工业生产和日常生活中最重要的驱动和动力装置之一，很大程度上提高了生产效率。据统计，在电网总负荷中，电机占到了百分之七十五到百分之八十的份额[2]。大到各种机床、轧机和港口起重机械，小到电动工具甚至家用电器，都能满足不同拖动需求。近年来，随着人们对能源需求日益增加，在节能减排领域，同样亦少不了电机新技术的辅助。一个国家的

2、工业水平能通过电机并网所消耗电能总量这个侧面情况来反应。在石油、冶金、国防等重要国民经济中，作为传动和动力设备，电动机安全、高效和稳定运行的意义十分重大。长期处于重载、疲劳、腐蚀等复杂恶劣工况下运行，设备的核心部件将不可避免发生程度不一的故障。而电机一旦发生故障，不仅自身会发生损坏，而且可能会影响变频调速系统的稳定运行。因此，对电机故障的诊断十分有必要。有学者研究指出，当电机发生故障时，有时会发出人们无法察觉到的高频噪音，对周围工作人员的听神经有所损害[3]。文献[4]指出，意大利每年在机械领域电机维护费用高达138

3、0亿美元，而且以每年8%的速率递增。如果能够提前预判故障，在线实时监测电机运行状态，这一费用将会大大降低。新世纪伊始，三峡施工工地发生泄洪闸塔带机断裂事故，造成多人伤亡，直接经济损失一亿多元。同时，在国内湖北某大型起重设备制造企业，仅2004年上半年，维修电机设备费用就已达130万元人民币，经济损失较为严重。令人记忆犹新的是，美国2006年大停电造成大面积电力系统瘫痪，后来查明是由于雷击造成发电机组故障所致。就转子断条故障研究发现，湖北某钢铁公司每次大修均能在轧制电机上找到断条故障，每年经济损失十余万元[5]。.1.

4、2设备故障诊断技术的主要内容故障检测与诊断技术兴起于上世纪中叶，迄今不过六十余载，是一项融合了多种学科的交叉技术。它以控制理论技术为基础，以检测技术、信号处理等技术为依托，将现代计算机作为工具，在实际运用中，针对电气设备不方便拆分的原则，对设备状态变量和原始参数进行采集和分析，准确识别故障特征，找出故障位置，并对设备即将出现的状态进行预判和监测。故障诊断技术一般包含设备的在线监测和异常检查、数据采集和处理、诊断方案的选取等几个方面。设备状态是指设备正在运行的工作情况，由设备运行时候产生的状态函数、产品变量等作具体描述

5、。可以提取电压、电流、温度、湿度或者腐蚀程度等最能体现设备故障特征的变量。状态监测是指实时通过处理状态函数、产品变量等来判定设备所处于的特定运行状态。从原始的信号特征中提取可供分析的特征信号，作为后一步信号处理的实验依据。信号处理即是将前两个步骤采集到的结果，通过特定的算法，进行分析，与经验模式进行对比，从而得出相应的结论，以再次判定设备运行的状态，实现诊断模式优化，状态信息分类。所以，在故障诊断研究中，对于设备的信号检测、特征信号采集和提取以及状态识别分类是三个重要过程。通常情况下，设备诊断的过程如图1.1所示。.

6、.第2章电机故障诊断常见时频分析方法2.1短时Fourier变换本文第一章论述了变频调速电动机常见故障类型，从故障机理分析中可以看出故障发生时，故障频率会随时间变化，呈现频率调制状态。这类振动信号大部分呈现出非平稳、非线性等特点，如何提取并分析这类故障信号一直是广大学者研究的焦点。傅里叶变换(FourierTransform)自1807年被提出以来，在信号处理与变换领域得到了广泛应用。它在信号的时域特征和频域特征之间建立了一座桥梁，将二者通过数学转换紧密相连，为人类处理信号提供了一种全新的思路。后来发展出的快速傅里叶

7、变换(FFT)这一频谱分析法，使用频率很高，应用十分广泛。然而，傅里叶变换在实际应用中逐渐显示出一些不足。首先，傅里叶变换是一种全局转换，信号只能在时域或者频域表征，无法准确反映时频细节。人们往往想知道信号中具体某一频率的出现时刻而不是信号在频域上的整体表达。其次，傅里叶变换的实现前提是假定待分析的信号是平稳的，而通过分析可知实际故障信号大量以非平稳、非周期的形式存在，运用傅里叶变换会造成分辨率较低，误差较大等缺陷。因此，人们需要探索新型信号处理方法，以便将信号的能量或者强度在时间和频率上联合表示出来。在这一研究背景

8、下，各国学者深入研究傅里叶变换，在此基础上提出一系列适合非平稳信号的时频分析方法，以下作简要分析。..2.2小波变换继短时Fourier变换之后，学者们一直在寻找一种能够同时呈现信号时频状态的分析工具，以便精确刻画原信号中的瞬态信息。小波变换(orlet率先提出小波变换的概念，随后十几年间经过Meyer、Mallat和Daubechies等几位