变频电源下扭振检测的电机电流法仿真及试验研究ying

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1、变频电源环境下无传感器扭振检测方法的仿真与实验研究ShiXianjing，MengQingchun,SunHanDepartmentofMechanical&PowerEngineeringHarbinUniversityofScienceandTechnologyHarbin,HeilongjiangProvince,ChinaE-mail:hustsxj@hrbust.edu.cnAbstract—力了研究变频电源环境下异步电机定子电流对轴系扭振的响应，在MATLAB/SIMULINK环境下建立了轴系扭振检测仿真模型，利用异步电机变

2、频仿真模块外接按方波变化的扭转力矩信号，模拟电机及驱动设备的轴系扭振，揭示了在变频电源环境下定子电流的轴系扭振响应过程及规律。建立了一个由变频感应电动机驱动，以直流发电机为负载的轴系扭振模拟试验台。通过计算机控制负载回路的快速通断来模拟轴系的扭转振动，模拟试验结果和仿真结果相吻合，证明了无振动传感器扭振检测技术在变频环境下的可用性。Keywords-异步电机;轴系扭振;定子电流;仿真;模拟试验I.Introduction轴系扭转振动引起的恶性事故在人型旋转机械、乳机类和往复机械类等设备中时有发生，主要体现在轴类零件的裂纹和断裂故障，这主

3、要是由于扭振身的隐蔽性特点，以及缺乏及时有效的扭振监控措施引起的。由于常用的横14振动传感器对扭振不敏感，而专用的扭矩传感器成木高和安装不便等原因，在设备监控与故障诊断领域，轴系扭振的检测与诊断问题一直没有得到完全解决。现代企业屮大部分的设备都足由交流电机驱动的，特别是现代交流变频技术的迅速发展和普及，原來采用直流驱动的大屮型机械设备（如钢厂的轧机）也越来越多地改为交流驱动，针对这些由交流电机驱动的机械设备，可以采用一种称力无振动传感器检测技术的故障诊断方法。该方法利用机械设备的常用驱动元件-异步电机的定子电流来监控设备及电机本身的工作

4、状态，由于不再使用常规的振动、噪声传感器，所以称为无振动传感器故障检测与诊断技术。根据定子电流信号中包含的机械故障相关的信息识別感应电机的断条和偏心等电机木身故障的文献己有大量的报道［7］。近几年来关于电机驱动的转子失衡和转子的汕膜涡动1Wj，以及电机驱动的减速箱的齿轮啮合故障［4_6］和转子扭振［2"3］等方面的文献也在逐渐增多。ChaiLinjie邢台市电业局Xingtai，HebeiProvince，ChinaE-mail:name@xyz.com无振动传感器检测与诊断技术的优点是传感器安装方便，数量少，安装位置甚至可以远离电动机

5、本身，检测与诊断成本较低，同时可以检测机械与电气两方面的故障，属于综合检测方法：缺点是由于属于间接测S方式，电流信号包含的故障信息成分较弱且各种信息交叉、耦合，特定故障信息提取、分离与定量W难。特别是在变频电源环境下，定子电流中除50Hz电网频率成分外，还包含有变频器的干扰变频成分。因此，在这种特定干扰环境下，研宄电机断条等故障的文献也在增多［JO本文建立了一个由感应电动机驱动，以直流发电机为负载的轴系扭振试验台，进行了变频环境卜*的轴系扭转振动模拟试验，并和普通电网环境下的试验进行了对比分析。另外，为了深入了解无传感器检测方法的基本原

6、理，还建立了计算机仿真模型，并对计算机仿真结果和试验结果也进行了对比分析。II.T异步电机矢量控制的数学模型根据交流电机理论，异步电机在义旋转平标系下的动态特性可由下述方程描述［3

7、5］:电压方程力：w,/-叫4L,P-吟Lm-VR，Lsp叭L,nP(1)Lpmr-似人-略.似AL,nPRr4-LrpA.磁链方程为:'40Lmo'屮w0A0£•5m(2)0L,0屮L"/」.0oLr_式中：一负载转矩；./一系统的转动惯量。电机在稳态工作时有:根据异步电机电磁转矩定义，可得d-q平标系下异步电机电磁转矩方程为：fe](4)式屮：仏，〜，~

8、和一定了•屯压、电流矢fl的心＜/绝标分量;is(r心一转子电流矢量的么g坐标分量；Rs,尺一定、转子电阻；Lst£,.和4—定、转子的自感以及互感；m转子磁链；uq，〜和〜一定、转了•磁链矢景的什坐标分景：Op—同步转速和转子角速度；P一微分算子；%—电机极对数。三相静止坐标系A-B-C与两相M步旋转坐标系之间的3s/2r变换为：cos3cos(权-2兀/3)cos(权+2^/3)31-sin^—sin(汐一2兀/3)—sin(汐+2疋/3)根据感应电机的叱标变换理论，在三相來标系下的定子输入的电流通过3s/2r交换，由三相静止坐标变

9、换为两相垂直的静止坐标，洱通过从两相静止坐标系到两相旋转坐标系M-T轴的变换，并且使得M轴沿转子总磁链矢量的方向时，(此吋d_q与M-T两坐标系重合，即#历，q^t),应有：^=