齿轮局部故障诊断的异步电机定子电流分析方法研究

摘要

齿轮传动机构的运动准确而且可靠,可以传送较大范围的功率和速度,广泛应用于众多领域。齿轮作为传动系统中的关键部件,在近几年的状态监测和故障诊断领域受到极大关注,齿轮的常见故障形式多种多样,故障诊断方法也有多种。振动诊断方法是迄今应用最广的故障诊断方法之一,但同时存在振动传感器价格昂贵、安装不便,且容易受环境及噪声的影响等缺点。定子电流分析法是一种从电机定子电流着手的故障诊断技术,可直接通过系统的电气信号对齿轮等机械故障进行诊断,又称无传感器故障诊断方法。
　　本文首先建立了齿轮传动系统的动力学模型,在此基础上研究齿轮在发生故障时调制信号的产生机理,并从理论上研究了齿轮故障定子电流检测原理以及齿轮在正常和故障状态时的定子电流特性。其次,根据齿轮传动系统的动力学微分方程,在Matlab/Simulink环境下建立了齿轮传动系统故障仿真模型,从仿真角度验证齿轮故障对定子电流的影响机制。然后,结合实验室现有条件和齿轮传动系统的仿真模型,搭建了齿轮故障模拟实验台,在正常和模拟齿轮局部故障两种工况下,采集电动机定子电流信号和齿轮系统的振动信号,使用小波变换和Hilbert变换分析方法对采集的信号进行处理分析与比较。
　　研究结果表明,齿轮的局部故障会引起电机电流的变化,结合小波变换和Hilbert变换两者在信号处理方面的优势,成功地在定子电流中提取了齿轮的故障特征频率及相关频率,定子电流信号与振动信号的对比结果也证明了定子电流法在齿轮故障诊断方面的可行性和优越性,说明定子电流分析方法的不断进步和完善将为机械故障监控和诊断的发展提供强大的技术支持。

目录

声明

摘要

1．1 课题来源

1．2 课题研究背景及意义

1．3 定子电流法齿轮故障诊断的国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 主要研究内容

第2章 齿轮故障及诊断机理分析

2．1 常见的齿轮故障类型

2．2 齿轮传动副的动力学模型

2．3 齿轮故障的定子电流检测原理

2．4 齿轮故障诊断机理分析

2．4．1 负载转矩波动对电流的影响

2．4．2 齿轮正常状态时的电机电流特征

2．4．3 齿轮故障状态时的电机电流特征

2．5 本章小结

第3章 基于小波分析的信号处理方法研究

3．1 小波分析的理论基础

3．1．1 连续小波变换

3．1．2 离散小波变换

3．2 小波基函数的选取

3．3 小波变换在故障诊断中的应用

3．4 小波变换结合包络谱分析

3．4．1 Hilbert变换的基本原理

3．4．2 Hilbert变换的计算原理

3．5 本章小结

第4章 仿真模型的建立与仿真结果分析

4．1 建立齿轮传动系统的仿真模型

4．2 工频供电仿真结果及分析

4．2．1 模拟齿轮正常工况

4．2．2 模拟齿轮故障工况

4．3 变频器供电仿真结果及分析

4．3．1 模拟齿轮正常工况

4．3．2 模拟齿轮故障工况

4．4 本章小结

第5章 故障模拟实验台与实验结果分析

5．1 齿轮故障模拟实验台的建立

5．2 电流信号采集系统简介

5．3 工频供电时的实验结果分析

5．3．1 正常工况实验结果分析

5．3．2 故障工况实验结果分析

5．4 30Hz变频供电实验数据分析

5．4．1 正常工况实验结果分析

5．4．2 故障工况实验结果分析

5．5 35Hz变频供电实验结果分析

5．5．1 正常工况实验结果分析

5．5．2 故障工况实验结果分析

5．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢