基于谐波小波的变频机转子断条故障诊断

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第34卷第22期继电器Vo1．34No．222006年11月l6日RELAYNov．16，20069基于谐波小波的变频机转子断条故障诊断王莉，王润孝(西北c_,lk大学机电学院，陕西西安710072)摘要：变频机转子发生断条故障时，定子电流中将产生相应特征频率的电流分量。对这种特征信号的提取与监控，能够实现转子短条故障的检测。研究利用谐波小渡的分频特性实现转子断务故障特征信号的提取方法。仿真结果和实际应用表明，这种方法能够准确地提取转子导奢断裂故障的特征信号，是变频机转子导条断裂故障诊断的一种可靠

2、的方法。关键词：谐波小波；故障诊断；变频机；转子断条中图分类号：TM344．6；TM772文献标识码：A文章编号：1003-4897(2006)22-0009-03应的小波表达式为0引言—i2"nnt—i2"nmtn—df)(2)变频机是将50Hz的工频电源变换为400Hz中频电源的主要设备。某型武器电源装备中的变频用称作水平的m，凡(凡>m)来标识频带为机，由一部能产生400Hz频率电源的感应式三相同m(2"rr)到凡(2"rr)的不同尺度小波，就形成一系列频步发电机和一部鼠笼式三相异步电动机所组成。在带相邻的小波集。令n⋯表示在水平m、凡处

3、进一实际使用中，转子导条断裂是常见的导致变频机故步下移步的小波幅值，则其表达式为障的重要因素之一，统计表明，大约有10％的故障f~m,n,k(凡一m)J一)(￡一d￡是由转子断条与端环断裂引起的。准确检测转子断条所表现出来的故障特征，是这种故障诊断的关键。(3)有关方法报道很多¨'J，利用小波分析对定子电流上式表明，该小波具有互成90。相差的实部偶函数和虚部奇函数，这一性质使其具有相位锁定的功能，中所产生的谐波分量进行提取、实现实时、非接触性检测，是一种有效的手段。但使用中，小波函数形式可构成零相移滤波器。为说明这一点，设有频率为的选取起着决定

4、性的作用。研究表明，各种小波函．厂，初相为0的信号数性质差异甚大，同一信号经不同小波分解表现的g(￡)=COS(2+0)(4)结果也不同。谐波小波作为一种复小波，在频域具则其谐波小波变换结果为有严格的盒形谱紧支特性和简单的解析形式，与其h(t)=FT{G(09)(09)}=e“枷／[4~r(凡一m)]它小波函数相比，具有极强的时频分解能力。本文(5)正是利用谐波小波的这些鲜明的性质，提出一种新可见，式(4)所表示的信号经变换后，相位角保的对定子电流中特征频率为(1土2s)．(．为基频，s持不变，这说明从谐波小波变换中仍可获得原始信为滑差率)的分

5、量的提取方法，以实现对变频机转号的相位信息；此外由式(5)，对不同频率09，适当子断条故障更为可靠的诊断。选取m、凡的数值，以使09恰好落在频带[2'rrm，2rrn]之内，达到对其他信号成分的屏蔽，从而可针1谐波小波的时频特性对特定的频段进行信号提取。谐波小波具有简单的傅里叶变换形式：2对变频机转子断条故障诊断的应用．c={‘：：了三I>m2(2'r≤(【J≤n‘2理论与实验研究表明，电机正常运转时，定(1)子电流中仅含基波分量，设其频率为，则转子中感式中：m和11,是正实数。式(1)表明，在频带[21rm，应的三相对称电流的频率为，其中s为

6、转差率。2盯n]内，IVo⋯具有常数值1／[(11,一m)(2盯)]，其相若有断条等故障出现，转子磁场则会表现出不对称维普资讯http://www.cqvip.com10继电器性，此时，定子绕组中会感应频率为(1±2s)的电I流分量，叠加在基频为．的定子电流上。在相同转l差率下，其大小主要由转子不对称的程度来决定。所以在实际中可以通过检测这一信号来判断转子断j条故障。0100020003000400050006000本文利用谐波小波所具有的选频特点，适当选(a)(卜2s)f谐波实部取m，n的数值，使频率为(1-4-2s)的故障特征信号控制地落在

7、确定的频带[21Tm，21Tn]之内，有效l地屏蔽其他信号成分的影响，提高检测的灵敏性和可靠性，以实现转子断条故障的实时可靠诊断。／’为此，我们根据异步电动机的数学模型方程建模，并利用Matlab中的Simulink技术，对变频机的异步电动机的正常运行和故障运行情况进行了计算机仿真J。仿真所用采样时间为0．5ms，其它仿真参数分别为：额定输出功率4kW，额定电图3给出了同样情况下，谐波小波分析边频(1压220V／380V，额定电流14．2A／8．2A，额定频率+2)所得到的结果，图中所选数值m：51，n：50Hz，额定转速1460rpm，电机的

8、磁极对数2，定子槽数24，转子导条数30，定子内径75．4mm，气隙径54。所提取的信号的谐波小波变换在频率空间表现向长度0．35mm，转子半径37．