异步电动机转子故障诊断方法

笼型异步电机的转子故障主要包括转子断条、转子裂纹、细条等，其中以断条故障最容易发生。从异步电机转子断条故障检测与诊断所涉及的信号检测、信号处理、诊断方法三方面入手，对当前异步电机转子故障的诊断方法进行总结与分析，指出各种方法的优缺点，并提出今后异步电机转子故障诊断的发展方向。     

基于小波脊线的笼型异步电动机转子断条故障特征提取

提出了基于小波脊线的渐近信号特征频率提取算法,并应用到异步电机转子故障特征提取中.异步电机转子出现断条故障时,定子电流中相应地会含有频率为(1-2s)f1的故障特征分量.由于异步电机起动过程中转差率s是由1→0连续变化的,故(1-2s)f1将以f1→0→f1的规律进行变化,因此可以通过应用小波脊线分析异步电机定子起动电流信号来提取转子断条故障特征.实验结果证明了本方法的有效性.     

基于小波包频带-能量重构的电机断条故障诊断

异步电机转子断条故障特征分量(1±2s)f与基波频率f相比,幅值较小、易被主频淹没。在研究小波包分解与重构的特征基础上,讨论了小波包分解树的频带分布规律,确定以sym8小波对电机定子电流信号进行12层分解,并通过对故障特征频带的信号能量重构来判断电机有无转子断条。运用该方法能避免基波频率对故障特征分量的影响,故障特征检测更明显,并能诊断转子轻微断条故障。仿真和试验结果证明了该方法的有效性。     

基于小波包的笼型异步电机转子断条故障检测

针对笼形异步电机转子断条故障,提出了一种利用小波包分析获取转子断条故障特征的判断方法.介绍了小波包换故障信号特征提取方法;其次对定子电流信号进行小波包分解后,对低频信号重构及功率谱的计算,实现了转子断条故障诊断.实验数据分析表明,该方法能准确对转子断条故障进行诊断.     

笼型异步电机转子断条故障诊断

通过对电机电流信号分析,提取电流故障特征,实现鼠笼异步电机系统的状态检测及电机电气故障诊断。对比较常见的转子断条故障进行分析,根据电流信号谐波分量的变化提取故障有效特征;对电机轴承故障电流进行分析,并根据多回路理论建立电机故障状态下的仿真模型,对电机转子断条故障运行状态进行了仿真。     

基于小波包能量分析和信号融合的异步电机转子故障诊断

为提高异步电机转子故障诊断的可靠性,文中介绍了一种基于小波包能量分析和信号融合的异步电机转子故障诊断方法。采用定子电流信号和振动信号的频谱特征融合作为转子断条以及气隙偏心故障的诊断依据,首先对信号进行小波包分解,获得不同小波包频带节点下对应的能量分布,并与正常电机信号进行比较,进而对能量异常的信号频段进行小波包节点重构,最后通过快速傅里叶变换识别故障特征频率,诊断电机故障是否发生。通过仿真分析,验证了该方法的有效性和实用性,对于电机运行状态的准确监测具有重要意义。     

Park矢量模平方函数与ESPRIT相结合的异步电动机转子断条故障检测新方法

为了能够在异步电动机转子断条故障初发时准确检测并适时安排维修计划,提出利用Park矢量模变换技术与旋转不变信号参数估计技术谱分析方法相结合的方法进行异步电动机转子断条故障检测。经过Park矢量模平方变换可以将工频分量转换为直流量,即可轻而易举的消除工频分量的影响,结合ESPRIT高频率分辨力技术可以在短时采样信号下准确地检测出故障特征频率,与以往检测方法相比计算量大为减少。对一台异步电机分别进行仿真与实验验证,仿真与实验结果同时显示,该方法能够准确提取到转子断条故障特征信号,计算快速,频率分辨力高。鉴于此,将Park矢量模平方函数与ESPRIT结合的异步电动机转子断条故障检测方法效果理想。     

Hilbert模量与MUSIC相结合的感应电机转子断条故障检测方法

为了提高异步电动机转子断条故障检测的及时性与准确性,将Hilbert模量与多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)相结合用于异步电机转子断条故障检测。Hilbert模量可以巧妙地转工频分量为直流分量,消除工频分量的不良影响。而MUSIC能够快速而准确地检测故障特征分量的频率大小,即使对于短时采样信号也有良好的性能,从而减少计算量。最后,通过仿真和以Y132M-4型感应电机进行试验验证了基于Hilbert模量与MUSIC相结合的异步电动机转子断条故障检测方法的有效性。     

SVD滤波技术与Prony谱线估计算法相结合的异步电动机转子故障检测新方法

提出了一种奇异值分解(SVD)滤波技术与Prony谱线估计算法相结合的异步电动机转子断条故障检测的新方法。SVD滤波技术可以理想地滤除电机定子电流信号中的基频分量与有色噪声,从而凸显转子断条故障特征频率分量。Prony谱线估计算法可以准确计算出各特征分量的频率和幅值,且不失高频谱分辨能力。将二者结合即可在短时采样信号条件下准确、有效地提取转子断条故障特征频率分量。对一台异步电机进行试验,结果表明:基于SVD滤波技术与Prony谱线估计算法的异步电动机转子断条故障检测方法效果理想。     

基于Hilbert模量频谱分析的异步电机转子断条故障研究

转子绕组断条是异步电机最常见故障之一.在分析当前主要诊断方法的基础上,提出Hilbert 模量频谱分析方法对异步电机转子断条故障进行研究.将Hilbert模量定义为原始信号与其共轭信号的平方和,利用Hilbert模量将原相电流中的基波分量转变为直流分量,原频谱分析的转绕组断条的故障特征分量转变为频率为二倍转差频率的电流分量,决了相电流频谱分析方法中断条故障特征成分容易被基波湮没而难以突出故障特征的问题.文中研究了Hilbert模量频谱分析方法的原理和实现方法,并对偏心故障电机和转子断条电机分别进行仿真和实验研究.仿真分析和实验结果均表明,该方法对异步电机转子断条故障诊断具有较高的诊断精度和很好的频率分辨率,能克服传统的电流频谱法主频泄漏的影响,且工程实现方便.     

Zoom-Prony方法及其在转子断条故障严重程度定量估算中的应用

在基于定子电流信号分析的感应电动机故障诊断中,通过求基波两侧由转子断条故障引起的边频分量的幅值、相位和频率,可以进行故障严重程度的定量估算.由于Prony方法对噪声非常敏感,而实际电动机电流信号包含丰富的谐波和噪声,且故障特征分量的幅值很小,直接应用Prony方法很难估算出故障特征分量的参数.本文提出Zoom-Prony方法,将Prony方法与选带细化技术(Zoom技术)相结合,对转子断条故障特征频率附近的小频段进行局部放大分析,估算这两个边频分量的参数,提高了计算的准确性,缩短了计算时间.此外,由于故障特征频率与基频过于靠近且幅值相差太大,边频分量常常被基频分量所掩盖而无法得到正确的结果,因此本文通过两次应用该方法来消除基频分量的影响.仿真与实验验证了这一方法的有效性.     

感应电机转子绕组故障仿真与实验研究

从仿真计算与实验两方面对感应电机转子绕组故障进行研究。首先分析断条数量对电机的影响：讨论了转子断条故障后转子备导条电流以及备段端环电流分布及变化情况，转子断条数量与定子电流中转子绕组故障特征量的关系。转子断条位置对电机影响很大，过去没有引起人们的重视，该文对此进行深入研究，分析电机转子断条位置与故障特征量之间的关系，转子断条位置与转子导条电流、转子端环电流之间的关系，并总结出其规律，指出哪些位置导条进一步断裂的可能性较大。该文还揭示了过去人们试图把故障特征量的大小作为电机转子断条根数多少的判据的局限性，提出了把断条引起电机的不对称性作为电机转子绕组故障程度判据的新的理论。     

Induction machine broken-bar fault diagnosis using the rotor magnetic field space-vector orientation

A new technique based on rotor magnetic field space vector orientation is presented to diagnose broken-bar faults in induction machines operating at steady state. In this technique, stator currents and voltages are used as inputs to compute and subsequently observe the rotor magnetic field orientation, which has a more significant "swing-like" pendulous oscillation in case of broken-bar faults than in healthy operation. It will be shown here that the range of this "pendulous oscillation" is a function of the number of broken bars. Also in this technique, it was found that an inter-turn shorted stator-winding fault, which exhibits similar pendulous oscillation, could be distinguished from rotor broken-bar faults through the use of a variance index. In order to validate this method, experimental evidence is given here for several broken-bar cases in a 2-hp three-phase two-pole squirrel-cage induction machine.     

基于感应电机启动电磁转矩Hilbert-Huang变换的转子断条故障诊断

该文提出了一种感应电机转子故障诊断新方法。当感应电机转子出现断条故障时，转子绕组的不对称将会使电磁转矩谱中引入2sfs(s为转差率，fs为电网频率)谐波分量。利用砌bert-Huang变换中经验模态分解(EMD)方法对启动电磁转矩信号进行了分解，得到若干本征模态函数(IMF)。通过计算包含故障信息的IMF分量的瞬时频率，可以检测出转子断条故障。同时，根据包含故障信息的IMF的幅值可以进一步判断出转子断条根数。实验结果证明该方法是可行的。     

On innovative methods of induction motor interturn and broken-bar fault diagnostics

A fault indicator, the so-called swing angle, for broken-bar and interturn faults is investigated in this paper. This fault indicator is based on the rotating magnetic-field pendulous-oscillation concept in faulty squirrel-cage induction motors. Using the "swing-angle indicator," it will be demonstrated here that an interturn fault can be detected even in the presence of machine manufacturing imperfections. Meanwhile, a broken-bar fault can be detected under both direct-line and PWM excitations, even under the more difficult condition of partial-load levels. These two conditions of partial load and motor manufacturing imperfections, which are considered as difficult situations for fault detection, are investigated through experimentally obtained test results for a set of 2- and 5-hp induction motors.     

基于有限元分析的动车组牵引电机转子断条故障特性分析

以CRH2型动车组的牵引电机为例,定义了电机转子非对称运行时的电磁场计算模型。基于数值分析的基本原理,利用有限元分析软件Jmag,对牵引电机故障前后的磁场、导条电流进行了计算,并分析了转子断条对电机磁场、气隙磁密、导条电流的影响。同时根据动车组的运行特点,对故障电机在牵引特性曲线上不同工作点下的运行状态进行了仿真,分析了断条故障特征分量随着电机工作点的变化情况,为后续动车组牵引电机断条故障检测技术的研究奠定了基础。     

Rotor broken-bar fault diagnosis of induction motor based on HHT of the startup electromagnetic torque

This paper presents a new method for rotor broken-bar fault diagnosis of induction motors. The asymmetry of the rotor caused by broken-bar fault will give rise to the appearance of additional frequency component of 2sf _s (s is slip and f _s is supply frequency) in the electromagnetic torque spectrum. The startup electromagnetic torque signal is decomposed into several intrinsic mode function (IMF) with empirical mode decomposition (EMD) based on the Hilbert-Huang Transform. Then, using the instantaneous frequency extraction principle of the Hilbert Transform, the rotor broken-bar fault characteristic frequency of 2sf _s can be exactly extracted from the IMF component, which includes the rotor fault information. Moreover, the magnitude of the IMF which includes the rotor fault information can also give the number of rotor broken bars. Experimental results demonstrate that the proposed electromagnetic torque-based fault diagnosis method is feasible. __________ Translated from Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering, 2005, 25(11):107–112 (in Chinese)     

基于支持向量机的电机转子断条故障诊断

交流电动机转子断条故障诊断的问题可以归结为模式分类的问题,支持向量机是近几年来涌现的一种新型的针对小样本集合具有较好分类效果的方法.根据断条故障在定子电流谱中产生相应特征分量,本文利用窗提取的方法对定子电流谱进行转换,在不损失故障特征信息的前提下构造低维数特征空间,并在其中用SVM进行分类.同时针对实际应用中转差率s由于负载的变化而使故障特征频率位置发生变化的问题,分别在恒定负载和变负载条件下进行试验.断条情况为无断条、一根断条、连续两根断条三类,结果表明在恒定负载和变负载条件下都有较高的诊断正确率.同时因为整个诊断过程可以实现自动化,所以可实现在线诊断.     

高压异步电机转子绕组故障诊断系统的研究

采用定子稳态电流与起动电流相结合的分析方法诊断异步电机转子绕组故障中 ,通过频率细化和自适应滤波技术 ,大大提高了基于电机稳态电流故障诊断的分辨能力和实用性 ;通过对电机定子起动电流时频分析 ,提出采用起动电流中特定频率分量诊断故障的新方法 ,大大提高了电机轻微故障时故障诊断的准确性。根据分析结果研制出了实用可靠的大型异步电机转子绕组故障诊断系统。