用于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子診斷的電機(jī)平方電流特征分析

1、用于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子診斷的電機(jī)平方電流特征分析摘要感應(yīng)電機(jī)在當(dāng)今工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。因此，結(jié)合故障診斷技術(shù)的預(yù)防性維護(hù)已成為一個(gè)重要的問(wèn)題。其中感應(yīng)電機(jī)故障診斷最常用的技術(shù)之一是電機(jī)電流特征分析（MCSA）。這個(gè)方法對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子診斷有一定的局限性，特別是對(duì)小故障。在本文中，將展示一種新的電機(jī)電流平方特征分析（MSCSA）故障診斷方法。所提出的技術(shù)是基于三個(gè)主要步驟：首先，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電流進(jìn)行測(cè)量第二，該電流的平方的計(jì)算，最后進(jìn)行平

2、方電流的頻率分析。比傳統(tǒng)的MCSA方法相比該技術(shù)允許從發(fā)生轉(zhuǎn)子故障的電機(jī)中得到更多的詳細(xì)信息。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于以確認(rèn)理論假設(shè)。這種方法也已經(jīng)被用于測(cè)試兩個(gè)不同的故障的識(shí)別（斷條和轉(zhuǎn)子偏心距）。引言在許多工業(yè)過(guò)程中都要用到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其中可靠性和服務(wù)連續(xù)性是其工業(yè)壽命的關(guān)鍵因素。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，結(jié)合檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)故障的診斷測(cè)試的預(yù)防性試維護(hù)程序是必不可少的。在當(dāng)今的工業(yè)范式中感應(yīng)電機(jī)應(yīng)能承受不同種類的故障。這些故障大致可分為定子故障，

3、轉(zhuǎn)子電氣故障和轉(zhuǎn)子機(jī)械故障。這些故障能在一個(gè)或多個(gè)機(jī)器性能特性中被檢測(cè)到。以這種方式，多個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)被提出，允許評(píng)估對(duì)初始故障檢測(cè)。近年來(lái)電氣機(jī)器很多的故障診斷方法已開發(fā)和文獻(xiàn)報(bào)道。這些方法中使用不同的信號(hào)，以確定機(jī)器故障，如電磁場(chǎng)中的監(jiān)控，溫度測(cè)量，紅外識(shí)別，射頻排放監(jiān)測(cè)，噪聲測(cè)量，振動(dòng)監(jiān)測(cè)和機(jī)器線電流分析。根據(jù)每個(gè)方法使用的傳感器，所提取的信號(hào)的特定特征允許檢測(cè)到故障的存在。其中最常使用的信號(hào)是機(jī)器線路電流。針對(duì)機(jī)器線路電流已

4、經(jīng)提出了許多方法，其中，最常用并且已經(jīng)研究的方法是基于電源頻率的邊頻帶檢測(cè)。這就是所謂的機(jī)電流特征分析（MCSA）。更詳細(xì)的方法，基于小波變換，希爾伯特變換，希爾伯特黃變換或時(shí)間序列數(shù)據(jù)挖掘的方法也已經(jīng)被提出了。其他研究使用線電流，當(dāng)電機(jī)處于故障模式時(shí)以獲得特殊的模式。Park’向量方法和三維方法是其中的兩種。其它模式識(shí)別方法也被提出和研究，可參考文獻(xiàn)[23]。隨著現(xiàn)今數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步基于人工智能技術(shù)的先進(jìn)方法也得到了發(fā)展。這些技術(shù)的一些

5、例子是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊邏輯和專家系統(tǒng)的。這些方法當(dāng)中的一些的主要缺點(diǎn)之一是它們需要該系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)，以識(shí)別故障。然而，所有這些方法只使用感應(yīng)電機(jī)輸入線電流。但是，其它方法不僅考慮了線路電流，而且電源電壓。其中監(jiān)視這兩個(gè)信號(hào)（線電流和電壓）用以檢測(cè)故障電機(jī)的最常用的方法是瞬時(shí)功率的方法。通過(guò)瞬時(shí)功率攜帶的信息量比僅從電流中獲得的更高。但是這種技術(shù)需要使用兩種不同的傳感器設(shè)備（電流和電壓測(cè)量）。在此背景下，本文提出了一種新的方法題為電機(jī)電

6、流平方特征分析（MSCSA）。這種技術(shù)類似于瞬時(shí)功率的方法，但它僅需要使用一組傳感器（電流測(cè)量）。為了驗(yàn)證所提出的方法，將列出幾個(gè)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果已經(jīng)從健康模式下，有斷條和轉(zhuǎn)子偏心的電機(jī)中獲得。2.使用MCSA檢測(cè)與診斷電機(jī)電流特征分析（MCSA）是異步電機(jī)的一個(gè)重要的故障診斷方法?？紤]到電機(jī)和電源供應(yīng)的理想條件，輸入線電流（考慮A相）由下式給出(1)()=()相電流的頻譜僅能展示頻率的基本分量。轉(zhuǎn)條斷裂或破裂的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可通過(guò)

7、=(2)檢查諧波邊頻帶區(qū)分。在本文中電機(jī)供應(yīng)電流的表達(dá)式如（2）。表示基本供應(yīng)相電流的最大值，表示在邊頻帶下面的電流的最大值，表示在邊頻帶上面的電流的最大值。圖2轉(zhuǎn)子偏心電機(jī)定子電流頻譜3使用MSCSA檢測(cè)與診斷MCSA方法使用電機(jī)定子相電流的頻譜分析。所提出的方法是基于平方定子相電流的頻譜分析，并且該技術(shù)包括以下三個(gè)步驟：獲得定子相電流；電流平方的計(jì)算；平方電流的頻譜分析?？紤]一個(gè)健康的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和一個(gè)正弦平衡電源電壓，平方相電流可表

8、示為(4)()=222(2)2在MCSA方法中，健康電動(dòng)機(jī)在頻率處僅有一個(gè)基本分量，在MSCSA方法=(2)中，健康電動(dòng)機(jī)平方電流頻譜在頻率處有一個(gè)伴隨有直流分量的基本分量，2=(2)(2)如圖3所示。在電機(jī)轉(zhuǎn)條斷裂的情況下，瞬時(shí)平方相電流由下式給定方程5表明一個(gè)直流分量，一個(gè)頻率為的分量，頻率為和邊22(1?2)2(12)帶分量。該平方電流的頻譜如圖4所示，包含頻率為額外242(1?)2(1)的分量。在頻率處的分量距頻率很遠(yuǎn)，使破碎或