基于外部磁場(chǎng)的電機(jī)軸承故障特征研究.pdf

1、感應(yīng)電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、成本低，被廣泛應(yīng)用于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，其能否正常工作直接影響運(yùn)行效率和安全。軸承故障在感應(yīng)電機(jī)中發(fā)生概率最高，因此本文主要研究感應(yīng)電機(jī)的軸承故障的特征和診斷方法。
　　目前基于電機(jī)外部磁場(chǎng)特征分析的故障診斷方法得到了比較廣泛的關(guān)注。本文從電磁理論出發(fā)，推導(dǎo)了感應(yīng)電機(jī)正常、動(dòng)靜態(tài)偏心和軸承故障時(shí)的外部磁通密度的頻率特征。其頻譜中的轉(zhuǎn)子主槽諧波PSH(principal slot harmonics)分量

2、可以估計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且在PSH附近存在軸承故障的特征頻率。為了驗(yàn)證理論推導(dǎo)的正確性，本文首先通過電磁場(chǎng)有限元軟件Ansoft和機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件Simplorer，進(jìn)行軸承故障的轉(zhuǎn)矩振動(dòng)模擬，從外部磁通密度的仿真數(shù)據(jù)的頻譜中可以觀察到軸承故障的特征頻率。然后對(duì)軸承外圈故障的感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過雙軸磁傳感器HMC6042、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7606和DSP完成感應(yīng)電機(jī)外部磁通密度信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，得到了電機(jī)軸承故障的外部徑向磁密信號(hào)，從

3、頻譜中能觀察到微弱的軸承故障特征頻率。仿真和實(shí)驗(yàn)都說明了基于外部磁場(chǎng)特征的軸承故障診斷的可行性。
　　由于電機(jī)外部磁密信號(hào)受定子電流中高次諧波和背景噪聲的影響，其幅值很小。傳統(tǒng)的頻譜分析和小波分解等方法對(duì)有色噪聲背景下的弱周期性特征信號(hào)提取困難，而且軸承故障的嚴(yán)重程度從頻率的幅值中很難判斷。所以本文使用了Volterra級(jí)數(shù)對(duì)軸承故障系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)，分析其時(shí)域核和非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)(Nonlinear output freque