用于异步电动机转子诊断的电机平方电流特征分析

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1、用于异步电动机转子诊断的电机平方电流特征分析摘要感应电机在当今工业中发挥着重要作用。因此，结合故障诊断技术的预防性维护已成为一个重要的问题。其中感应电机故障诊断最常用的技术之一是电机电流特征分析（MCSA）。这个方法对于异步电动机转子诊断有一定的局限性，特别是对小故障。在本文中，将展示一种新的电机电流平方特征分析（MSCSA）故障诊断方法。所提出的技术是基于三个主要步骤：首先，感应电动机的电流进行测量;第二，该电流的平方的计算，最后进行平方电流的频率分析。比传统的MCSA方法相比该技术允许从发生转子故障的电机中得到更多的详细信息。仿真和实验结果列于以确认理论假设。这种方法也已经被

2、用于测试两个不同的故障的识别（断条和转子偏心距）。引言在许多工业过程中都要用到感应电动机，其中可靠性和服务连续性是其工业寿命的关键因素。为了实现这些目标，结合检测感应电动机故障的诊断测试的预防性试维护程序是必不可少的。在当今的工业范式中感应电机应能承受不同种类的故障。这些故障大致可分为定子故障，转子电气故障和转子机械故障。这些故障能在一个或多个机器性能特性中被检测到。以这种方式，多个状态监测方法已经被提出，允许评估对初始故障检测。近年来电气机器很多的故障诊断方法已开发和文献报道。这些方法中使用不同的信号，以确定机器故障，如电磁场中的监控，温度测量，红外识别，射频排放监测，噪声测量

3、，振动监测和机器线电流分析。根据每个方法使用的传感器，所提取的信号的特定特征允许检测到故障的存在。其中最常使用的信号是机器线路电流。针对机器线路电流已经提出了许多方法，其中，最常用并且已经研究的方法是基于电源频率的边频带检测。这就是所谓的机电流特征分析（MCSA）。更详细的方法，基于小波变换，希尔伯特变换，希尔伯特-黄变换或时间序列数据挖掘的方法也已经被提出了。其他研究使用线电流，当电机处于故障模式时以获得特殊的模式。Park’向量方法和三维方法是其中的两种。其它模式识别方法也被提出和研究，可参考文献[23]。随着现今数字技术的进步基于人工智能技术的先进方法也得到了发展。这些技术

4、的一些例子是基于神经网络，模糊逻辑和专家系统的。这些方法当中的一些的主要缺点之一是它们需要该系统的先验知识，以识别故障。然而，所有这些方法只使用感应电机输入线电流。但是，其它方法不仅考虑了线路电流，而且电源电压。其中监视这两个信号（线电流和电压）用以检测故障电机的最常用的方法是瞬时功率的方法。通过瞬时功率携带的信息量比仅从电流中获得的更高。但是这种技术需要使用两种不同的传感器设备（电流和电压测量）。在此背景下，本文提出了一种新的方法题为电机电流平方特征分析（MSCSA）。这种技术类似于瞬时功率的方法，但它仅需要使用一组传感器（电流测量）。为了验证所提出的方法，将列出几个仿真和实验

5、结果。这些结果已经从健康模式下，有断条和转子偏心的电机中获得。2.使用MCSA检测与诊断电机电流特征分析（MCSA）是异步电机的一个重要的故障诊断方法。考虑到电机和电源供应的理想条件，输入线电流（考虑A相）由下式给出iat=Imaxcosωt(1)相电流的频谱仅能展示频率fs=ω2π的基本分量。转条断裂或破裂的感应电动机可通过检查谐波边频带区分。在本文中电机供应电流的表达式如（2）。Imax表示基本供应相电流的最大值，Ilsb表示在边频带下面的电流的最大值，Iusb表示在边频带上面的电流的最大值。iat=Imaxcosωt+Ilsbcos1-2sωt+Iusbcos1+2sωt(

6、2)转条断裂故障的电流频谱如图1所示，在频率fs处的基本分量，在频率（1－2s）和（1+2s）处两边频带分量均很突出。转子不对称的感应电动机会经历气隙磁通密度的扰动。在此条件下电动机相电流可表示为iat=Imaxcosωt+Ilsbcosω-ωrt+Iusbcosω+ωrt(3)相应的电流频谱如图2所示，在频率fs-fr处和fs+fr处的两边频带分量，在转子偏心情况的下出现。图1转条断裂电机定子电流频谱图2转子偏心电机定子电流频谱3使用MSCSA检测与诊断MCSA方法使用电机定子相电流的频谱分析。所提出的方法是基于平方定子相电流的频谱分析，并且该技术包括以下三个步骤：获得定子相电

7、流；电流平方的计算；平方电流的频谱分析。考虑一个健康的感应电动机和一个正弦平衡电源电压，平方相电流可表示为iat=Imax22+Imax2cos2ωt2(4)在MCSA方法中，健康电动机在频率fs=ω2π处仅有一个基本分量，在MSCSA方法中，健康电动机平方电流频谱在频率2fs=2ω2π处有一个伴随有直流分量的基本分量，如图3所示。在电机转条断裂的情况下，瞬时平方相电流由下式给定方程5表明一个直流分量，一个频率为2fs的分量，频率为21-2sfs和21+2sfs边带分量。该平方电