普通笼型异步电动机转子断条故障的分析及诊断.docx

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1、要：转子断条故障是笼型异步电动机常见故障之一。通过对基于定子电流的转子断条故障检测方法的研究，对几种方法进行了分析与总结。这些方法所检测到的转子故障信号各有不同，因此应根据具有环境选取更适当的方法关键词：异步电动机；转子断条；定子电流；故障检测   0 引 言   转子断条是笼型异步电动机常见故障之一。   导致转子断条故障的原因通常为电动机在长期运行中，由于周期性间歇运行或频繁起动，造成转子上电磁应力急剧变化，加之电动机自身设计不合理，生产制造时存在的一些缺陷等，容易引起转子导条过热，振动加剧，从而导致转子鼠笼断条故障。由于笼型电动机转子无直接的电气连线引出，对

2、运动的转子直接进行检测是较为困难的，这样开发各种非接触式的转子故障检测方法就显得十分必要。定子电流检测法是常用的方法之一。   1 转子故障诊断原理及几种常用方法    当转子出现导条断裂情况时，3相对称电流将被破坏，从而产生一个反向磁场，它在定子电流中引起一个频率为(1—2s)．f1的特征分量(s为转差率，．f1为基波频率)。通过分析频谱图，看是否含有该分量来判断转子有无出现断条故障。但由于(1—2s)．f1分量的绝对幅值很小，并且异步电动机运行时转差率s很小，频率(1—2s)．f1与f1常接近，因此，采取各种算法分析故障时，基波．f1频率分量可能会淹没(1—2

3、s)．f1频率分量。在作定子电流信号处理时，常用的处理方法；傅里叶变换，希尔伯特变换、Park变换、小波分析等。本文对几种分析方法进行了归纳和总结。   1．1 连续细化的傅里叶变换分析方法   对于采样频率为fs、采样点数为Ⅳ的时间序列itk，离散傅里叶级数为：   FFT是上述离散傅里叶变换的特殊情况，即N=2m(m为正整数)时的情况。在F丌的基础上，如果把频谱曲线看成是连续的，即把式(1)中的n看作是一个区间[O，N/2]内的连续实数f，则式(1)变为：   式(2)中f可以是作频谱分析的频率，它的取值连续。这时频率分辨力已不受采样点数的限制。   这就是傅

4、里叶变换的连续细化分析法。   利用此方法可准确得到f1，I1φ1三个值，即可得到基波分量，I1sin(2πf1+φ1)的准确表达式，形成参考信号：   这样就可以彻底解决f1分量的汇漏淹没(1—2s)f1分量的问题。   在转子断条故障检测中，分析对象是定子电流的一系列离散采样值，并对此离散信号作细化频谱分析就可以估算出转子断条的数目。   由于电动机在起动状态下的定子电流是非平稳信号，转子故障特征频率分量(1—2s)f1分量的频率值也在不断变化，用此方法来分析时具有局限性。因此，这种方法仍然有待进一步改进。   1．2希尔伯特变换分析方法  对于给定信号is(

5、t)，其希尔伯特变化为从上式可以看出，对于正弦信号，希尔伯特变换实际上是一种π/2的移相操作。在实际应用中，可以用移相操作取代希尔伯特变换以减少计算量。   笼型异步电动机发生转子断条故障时，其定子电流信号可以写成(忽略高次谐波)：   由式(6)、式(7)构造如下信号：   信号α中的2sf1频率分量即可作为转子断条特征分量。但是频谱图中的2Sf易被直流分量的泄漏淹没外，还不能正确区分转子断条与负荷波动。   运用各种方法可以在一定程序上采集更准确的故障信号。文献[5]采用的是基于Hibert模量频谱分析方法，文献[6]结合了FFT文献[7]结合子数字滤波等。 

6、  1．3Park变换分析方法   根据笼型异步电机的数学模型和磁势相等的原理，将三相轴系(a一b一c轴系)变换为二相轴系(d—g轴系)，其变换的矩阵为：   笼型电机理想状态下在(d一q)两相坐标下的模型为：   式中，Im为相电流最大值；ω为外加电压角频率。   在(d—q)两相坐标下，由idiq形成的矢量轨迹为一以原点为圆心的圆。由于实际中各种原因，正常笼型电机的矢量轨迹只能接近圆。当出现故障时，矢量轨迹会变成椭圆。长短轴的长度和偏转方向的变化，与电机故障类型和程度有一定联系。作出两相坐标系下定子电流信号的Park矢量图，作为笼型电机的故障特征，结合其它数学

7、工具(如模糊逻辑推理、人工神经网络等方法)，将检测到的三相电流信号的Park矢量图与正常电机的Park矢量图进行对比，对电机故障进行类别分析实施诊断。文献[9]用的Park变换方法，文献[10]用的是Park变换结合神经网络的方法。   为了快速准确地检测出转子故障，选取起动过程后半段的定子起动电流进行EMD分解。转子故障时定子起动电流中只包含f1分量与(1—2s)f1故障特征量，因此进行2层END分解即可。   利用局域波分析的瞬时频率算法分别提取异步电动机在不同转子断条数目状况下c2分量的瞬时频率变化曲线。频率曲线总体趋势为缓慢增大，它能够反应电机起动时当转差

8、率连续变化