感应电机转子故障诊断方法与测试系统开发研究

摘要

感应电机作为重要的驱动设备，以其结构简单、可靠性高和维护方便等特点而被广泛应用于生产生活的诸多领域。电机的意外故障可能导致昂贵的维修费用，降低生产效率，严重时甚至可能危及设备和人员安全，因此，基于健康与管理技术，监测电机运行健康状态并及时检测发现早期微弱故障是保障设备可靠性和安全性的有效途径。
　　转子是电机的旋转部件，转子断条是典型的机械故障，危害较大。典型的以振动信号为对象的故障检测诊断方法需要加装专用物理量传感器，检测设备成本高，常常存在故障机理不明确、信号传播途径不直接、早期微弱故障检测困难等问题。针对以上问题，本文以转子断条为研究对象，开展了基于电机电流特征分析技术的非侵入式检测诊断方法的研究工作，主要的研究内容包括：
　　1、研究了感应电机转子的构成及断条故障发生的常见原因，并从电磁学角度分析了转子断条故障对电机定子电流的影响及其特征表现。
　　2、基于等效物理模型，建立了感应电机动态数学模型，在此基础上建立了感应电机在ABC坐标系下的转子故障仿真模型。研究表明，通过改变等效转子绕组阻值的方式，仿真模型可以有效地模拟转子断条故障，刻画了转子断条故障对电机电流的影响，为故障特征分析提供了依据。
　　3、结合电机电流信号特点，提出了基于能量算子和主元模量的转子断条故障检测算法，并通过仿真模型数据和实测电机运行数据进行了验证，研究结果表明，能量算子算法计算简便，对数据使用量较低，适合DSP处理器完成；构建的主元模量充分考虑了电流的相序信息，且不会引入交叉项造成频谱干扰，两种算法均能实现对电机转子断条故障的检测。
　　4、基于DSP技术，对感应电机转子断条故障测试系统进行了硬件设计，开发了信号采集与调理、模数转换、运算控制、人机交互和系统电源等电路模块，搭建了原型检测系统。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 全文研究内容和章节安排

第二章 感应电机转子故障特征分析与建模

2.1 电机转子的构成及断条故障的常见原因

2.2 电机转子断条故障在定子电流中的特征表现

2.3 感应电机动态模型的建立

2.4 电机转子故障仿真模型与分析

2.5 本章小结

第三章 电机转子断条故障检测方法研究

3.1 信号幅值解调的方法研究

3.2 基于能量算子的转子断条故障检测

3.3 基于主元模量频谱分析的转子断条故障检测

3.4 本章小结

第四章 电机测试系统的硬件设计

4.1 测试系统的总体结构设计

4.2 硬件电路的设计与系统实现

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果