基于定子电流的无刷直流电机轴承故障诊断研究

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1、中图分类号：TM351论文编号：102870318-SX079学科分类号：080800硕士学位论文基于定子电流的无刷直流电机轴承故障诊断研究研究生姓名卞皓学科、专业电气工程研究方向电力电子与电力传动指导教师王晓琳教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringBearingFaultDetectionforBrushlessDCMotor

2、basedonStatorCurrentAThesisinElectricalEngineeringbyBianhaoAdvisedbyProf·WangXiaolinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获

3、得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2018/3/29南京航空航天大学硕士学位论文摘要无刷直流电机由于其控制简单、功率密度大等优点，已经广泛应用于工业中各个领域，其安全工作状态也受到了广泛关注。在所有故障形式中，轴承故障是最常发生的故障，当轴承发生故障时，很可能会引起电机转子堵转、扫膛等严重后果，故而在轴承故障早期提

4、取出故障信息有着重大研究意义。本文对无刷直流电机轴承故障在定子电流中的特征进行了研究，并研究了故障信息在定子电流中的提取方法。本文采用冲击脉冲函数建立了无刷直流电机轴承故障的数学模型，分析了无刷直流电机轴承故障在相电流中的表现形式，并给出了故障信号在定子电流中的频率特征。分析中发现无刷直流电机相电流在故障信号的提取中有着很大的劣势，原因在于相电流在每个电周期内仅导通2/3个周期，且波形为不规则的方波。这很可能导致故障信号被湮没，削弱故障诊断的效果。针对这一缺陷，本文提出了利用电机母线电流和三相电流最大值这两种方法进行轴承故

5、障诊断研究。三相电流最大值和母线电流都是连续信号，这表明相比于相电流，这两个信号中包含更多的故障信息。而且从频谱中可以看出，这两个信号所包含的谐波含量比相电流小很多，可知故障信号在这两个信号中不容易被湮没。故而相比于相电流，三相电流最大值和母线电流更适合作为故障分析的对象。无刷直流电机中的轴承故障体现在电流中的信号十分微弱，且故障信号通常是一个非平稳信号，故而本文选择小波包算法将定子电流在频域上分解成一个个小波包节点，当确定故障信息在电流中的频率特征后，可以从分解的众多节点中提取出相应的故障信息，从而进行下一步判断。本文对

6、无刷直流电机在轴承故障状态与健康状态下的相电流、母线电流和三相电流最大值进行分解，提取出故障节点后求取信号的均方根，通过对比均方根情况进行轴承故障情况的判断。本文以一台无刷直流电机和故障轴承以及负载台搭建了实验平台，以DSP为控制器控制无刷直流电机运行，并设计了相应的软件算法，对本文提出的无刷直流电机轴承故障诊断算法进行了实验验证。关键字：无刷直流电机，轴承故障，数学模型，小波包，母线电流I基于定子电流的无刷直流电机轴承故障诊断研究AbstractBrushlessDCmotorhasbeenusedwidelyinthe

7、industryforitsadvantagesofsimplycontrol,highpowerdensityandetc.Soitssafeoperationstateisgettingmoreandmoreconcern.Bearingfaultisthemostcommontypeofallfaults.Whenthebearingfaulthappens,itwillprobablycausemanydisastrousconsequencessuchastherotorblocked,motorsweepand

8、soon.Soitisofgreatsignificancetoextractthebearingfaultinformationattheearlystage.Thispaperstudiesthecharacteristicsofthebearingfaultshowninthestatorcurr