基于小波包分析电机转子故障诊断方法研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期(总第170期)机械工程与自动化NO．12012年2月MECHANICALENGINEERING&AUT()MATI()NFeb．文章编号：1672—6413(2012)01—0120—02基于小波包分析的电机转子故障诊断方法研究鬻孟刚h。，李茹海，程珩，林波(1．太原理工大学机电所，山西太原030024；2．中国铝业山东分公司淄博万成工贸有限公司．山东淄博255000)摘要：针对异步电动机转子断条故障突发率高的原因．开展了基于小波包分析的故障诊断方法研究。通过小波包灵活的时频分析方法捕捉到的特征信

2、号来确定故障信号的突变点和频谱特性．找出其故障特征，该方法为电机转子断条故障提供了一种有效的诊断方法。关键词：小波包分析；故障诊断；异步电机中国分类号：TM303．3：TP277文献标识码：A0弓l言稳态运行区域，此时电动机的转差率较小，因此其故异步电动机在各行各业中有着广泛的应用，但在障特征量相对于基频分量的幅值很小，这就使得其故运行过程中异步电动机的振动问题越来越突出，它不障特征分量和基频分量非常接近，一旦发生故障，其仅消耗一部分电能，而且会产生诸多不利因素。例如信息也容易被淹没，提高了故障辨识的难度。通常信电动机振动会加速电动机轴承磨

3、损，使其过早损坏，号处理中的傅里叶变换法可能会泄露信息，使得其故减少其使用寿命；电动机的振动会使电机绕组绝缘性障特征被基频和噪声信息所淹没，从而识别不出特征能下降，减少绝缘寿命，甚至造成绝缘击穿故障；电分量。近年来，人们将小波时频分析法用于电机故障动机上的鼠笼条和端部环在工作中由于不断承受交变诊断中，得到了很好的应用。载荷，从而引起转子开裂断条，也会引起电机振2小波包变换理论分析动L1]。以上因素不仅会损坏设备本身，严重时还会小波包分析针对被分析信号的特征自适应地选择使设备突然停机，导致生产线瘫痪，最终会带来不可相应滤波频带，将其与信号频谱

4、相匹配，从而提高了弥补的经济损失和灾难性后果。统计表明，异步电动时频分辨率。小波包分解与正交小波分解非常类似，机中转子断条是电动机运行时最容易发生的故障，它只是对信号的高频成分实施了与低频成分相同的进一占电机故障的10左右。若能预知或发现微弱故障，步分解，使最终分解出的低频和高频两部分都达到了减少其损失，则意义重大。小波包分析(Wavelet很精细的程度。PacketAnalysis)是近年来一种能够为信号提供更加小波包分析是进一步对小波空间按照二进制分式精细分析的时频分析方法口]，它可将频带进行多层次进行频率的细分[4]，小波包可表示为：

5、滤波分析，对丰富的信息进行分层细化分解。本文应f一用小波包分析法诊断异步电机转子断条故障，较好地IW一+lou+．解决了从信号中辨识故障信号难的问题。1电机转子断条故障机理分析．{Wj—cJ+。④+zo+zo+z。⋯⋯⋯(1)I；当异步电机转子发生断条故障时，三相对称电流【W，一u／+o己，0⋯0被破坏，将产生一个反向磁场，该磁场将使得电动机的定子电流产生一个频率为(1—2s)的特征分量其中：己，；为小波包子空间，=0，1，2，⋯，(其中，为转差率，为基波频率)。本文通过信号2一1；k===1，2，3⋯；_『===1，2，3⋯。分析，根据该

6、分量的有无来判断转子是否出现断条故2．1小波包的分解算法障。当电动机转子在故障初起时，由于电动机还处在小波包分解是把所有上一层的子带都进行了划*I土l鸡省自然科学基金资助项目(201lollO26—3)收稿日期：2Oll一09—30；修回日期：2Ol1一lO一18作者简介：孟刚(1978一)。男，山东淄博人，在读硕士研究生，研究方向为机械故障诊断分析。学兔兔www.xuetutu.com2012年第l期盂刚，等：基于小波包分析的电机转予故障诊断方法研究‘121‘分，把对小波变换中没有细分的高频部分进一步分用S(=0～63)表示第6层的各重构

7、信号，解，提高了对信号高频成分的分辨率。并将该层几个具有特征频率段的能量列于表l。其分解公式为：基于“能量一故障”的故障诊断模式识别方法，根据各频段成分能量的变化来诊断故障，特征频段重{{h一>h0(2卜^){‘⋯⋯⋯⋯构图如图4、图5所示。。(2)Ih计：>：hl(2f_)_其中：t”为小波分解系数；h。、h为低通滤波器系数；分解后子空间l∈Z(变换)。2．2小波包的重构算法小波包的重构算法如下：一=：[2，”+h(甜。]一∑g，+∑g⋯什。⋯⋯⋯(3)频率／Hz图2正常电流信号及其频谱图其中：g。、g为高通滤波器系数。信号经小波包变换后

8、被分解成若干大大小小的序列，每个序列对应原信号中某个频带的成分，根据原信号的频谱特性，可以选取其中的某些序列进行重点分析。3基于小波包分析法的转子断条故障诊断方法3．1定子电流信