基于定子电流信号分析的异步电机定转子故障的诊断

摘要

随着社会的快速发展，三相异步电动机以结构简单、维护方便、价格便宜、可靠性高的特点被广泛应用到工农业生产的各个领域。为了保证工农业的正常生产，在电机运行时对其运行状态进行检测及早发现故障，防止故障进一步恶化，具有十分重要的经济意义。在此背景下，本文进行了基于定子电流分析的异步电机定转子故障诊断系统的研究。
　　 首先，本文从电机的电磁理论出发，推导出了表征电机定子绕组匝间短路、转子断条和电机偏心的故障特征分量。其次，当电机发生定子绕组匝间短路故障时，由于定子电流中高次谐波和噪声的影响，很难精确提取出表征定子绕组匝间短路故障特征分量的负序分量，使传统的对称分量法失去了应用前提。针对这个问题，本文利用改进型相关算法消除高次谐波和噪声的影响，在定子电流中精确提取出基波分量，通过逆序同步速坐标转换把负序分量转换成直流分量，利用转换的合成矢量计算出表征定子故障的灵敏度因子。当转子断条和电机偏心故障发生时，表征转子断条和电机偏心故障的边频分量容易被基波分量所湮没;针对这个问题，本文利用改进型相关算法滤除基波分量的影响，使表征故障大小的边频分量在频谱图中凸显出来。紧接着，对其算法进行了Matlab仿真验证。然后，选择32位的S3C2440A内核微处理器作为电机参数的采集装置，以Labview2010软件为数据分析及故障提取的平台，再结合改进型相关算法构建出了一套基于定子电流分析的电机故障诊断系统。最后，通过不同的实验情况，验证了该系统的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外发展及研究现状

1．3 本论文的主要研究工作

第2章 电机故障机理分析

2．1 电机故障机理的概述

2．2 定子绕组匝间短路故障特征的机理分析

2．3 转子断条故障特征的机理分析

2．4 偏心故障特征的机理分析

2．5 本章小结

第3章 基于定子电流分析的电机故障检测方法

3．1 定子绕组匝间短路故障检测的方法

3．1．1 三相改进型相关算法在电机定子故障检测中的应用

3．1．2 逆同步速坐标变换在电机定子故障检测中的应用

3．1．3 定子绕组匝间短路的Matlab仿真分析研究

3．2 转子断条故障检测的方法

3．2．1 单相改进型相关算法在电机转子断条故障检测中的应用

3．2．2 傅里叶分析在电机转子断条故障检测中的应用

3．2．3 几种窗函数在电机转子断条故障检测中的应用

3．2．4 转子断条故障的Matlab仿真分析研究

3．3 偏心故障检测的方法

3．3．1 偏心故障的Matlab仿真分析研究

3．4 本章小结

第4章 系统硬件电路的设计

4．1 系统硬件的总体设计

4．2 ARM处理器的选择

4．3 系统电源电路的设计

4．4 系统时钟和复位电路的设计

4．5 系统SDRAM存储电路的设计

4．6 系统Flash存储电路的设计

4．7 系统A/D转换电路的设计

4．8 系统串口通讯电路的设计

4．9 系统信号采集和调理电路的设计

4．10 系统转速测量电路的设计

4．11 本章小结

第5章 系统软件的设计

5．1 基于嵌入式下位机的相关软件设计

5．1．1 搭建目标板的开发环境

5．1．2 配置目标板

5．1．3 驱动程序的开发

5．1．4 应用程序的开发

5．2 基于Labview上位机的相关软件设计

5．2．1 系统登录界面的设计

5．2．2 系统参数设置与显示界面的设计

5．2．3 定子故障诊断界面的设计

5．2．4 转子故障诊断界面的设计

5．2．5 偏心故障诊断界面的设计

5．3 本章小结

第6章 系统测试结果与分析

6．1 系统的测试平台简介

6．2 系统的测试内容简介

6．3 实验结果分析

6．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢