基于fourier变换异步电机故障诊断研究

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1、第9卷第3期石家庄铁路职业技术学院学报VOL．9No．32010年9月JOURNALOFSHIJIAZHUANGINSTITUTEOFRAILWAYTECHNOLOGYSep．20l0基于Fourier变换的异步电机故障诊断研究李靖¨刘微郑华¨(石家庄铁路职业技术学院”河北石家庄050041河北化工医药职业技术学院’河北石家庄050031)摘要：异步电机定子电流中包含因转子断条引起的故障特征频率成分，由于和基波频率接近，难以直接提取。推导出PARK矢量模平方函数的数学表达式，可以消除基波对特征频率的影响。对PARK矢量模平方函数进行FFT

2、变换效果很好，对电机故障有很高的辨识度，是一种有效的方法。关键词：异步电机故障诊断Fourier变换中图分类号：TM343文献标识码：A文章编号：1673—1816(2010)03—0068—031引言异步电机在工农业生产中占有极其重要的位置。对异步电机进行在线监测并及时发现早期故障，避免更大的损失，具有重大意义。异步电机转子断条是常见的故障之一，占电机故障的10％左右IlJ。通常的检测手段包括根据振动信号检测、定子电流检测、磁通检测等，而利用定子电流检测可以实现非侵入、在线监测的优点，具有更大的应用前景。异步电机发生断条故障时，定子电流

3、会出现特征频率成分(14-2ks)ffJ,J电源基波频率，为电机的转差率；如何准确提取特征量，成为故障诊断的关键。本文采用Fourier'~换对定子电流进行了分析，结果表明，直接运用Fourier变换不易分辨，因为2ksf，频率成分和基波频率较为接近而且幅值较小，而对定子的三相电流进行PARK矢量变换后，对PARK矢量模平方函数进行Fourier~换，可以准确找到电机在故障情况下的特征值。2Fourier变换原理如果函数(f)满足：(1)绝对可积，即l(f)Jdf<∞；(2)在任何有限区间内，f(f)只有有限个最大值与最小值；(3)在任何

4、有限区间内，厂(t)有有限个不连续点，且每一个不连续点都必须为有限值。那么，厂(f)的Fourier变换【。．4】可以表示为：r+∞厂()=I厂(f)edt同时，f(f)可以由它的Fourier变换合成，即)=(咄d棚上式称为Fourier反变换，与Fourier变换构成Fourier变换对。Fourier变换建立了信号从时域到收稿日期：2010-07—18作者简介：李靖(1981一)男，汉，讲师，硕士，研究方向光纤传感与检测、故障诊断。河北省教育厅自然科学项目：Z2009460。河北省教育厅自然科学项目：Z2009459。68第3期李站

5、，等基于Fourier变换的异步电机故障诊断研究频域的变换关系，其实质是将信号分解为一系列连续频率的正弦波之和。3PARK矢量模平方函数求取对电机定子的三相电流从(A，B，c)三维坐标转换到(Q)二维坐标，即fD=√2／3(，一i／2一f(／2)(1)=√2／3(43i／2—43ic／2)．(2)定子电流的PARK矢量模的平方定义为，：lfD+-，fQl。当异步电机出现转子断条故障时，在电机定子的电流中会出现特征频率为(1_2s)fo的分量，其它分量幅值较小，为了计算方便，忽略掉。此时，定子三相电流的表达式为：=cos(cot+ce)+I

6、tcos[(1—2s)cot+／3]+Ihcos[(1+2s)cot+y】(3)i：11cos(cot+a一27~／3)+Itcos[(1—2s)cot+fl一2n'／3]+Ihcos[(1+2s)cot+y一2~r／3】(4)fc=11cos(cot+a+2n"／3)+Itcos[(1—2s)cot+fl+2~r／3】十oos[O+2)++2刀／3](5)式(3)式(4)和式(5)中，1为定子电流基波分量的幅值，，，为定子电流(1-2s)份量的幅值，，为定子电流(1+2s)盼量的幅值，09为定子电流基波分昔的角频率，为定子电流基波分量的

7、初相角，为定子电流(1-2s)盼量的初相角，为定子电流(1+2s)份量的初相角。将式(3)、(4)和(5)带入式式(1)、(2)中经过和差化积之后，公式简化为：『D：(√／√){‘cos(r+)+cos[(1—2)f十】+lhcos[(1+2s)cot+J(6=(／)sin(cot+a)+Itsin[(1—2s)cot++lhsin[(1+2s)cot+J(7)对PARK矢量的模进行平方运算，得到=JD+}‘=(3／2)(12+17+j2)+3Ili；cos(2scot+一／3)+3‘cos(2scot一+Y)+3，fcos(4scot一

8、+)(8)公式(8)中，基波分量已经消除，与电机故障有关的新增频率分量为2sf,4sf，以及直流分量。4实验与仿真i。●1Ij1J．-十脚njf【嘲t0flI11，l-?jt

9、图1正常的定子电