鼠笼式异步电机状态监测及故障诊断方法的研究

摘要

电机是目前各行各业应用最广泛的发电设备和动力驱动装置。从电能的生产来看，当前应用的电能90％全部由同步发电机发出；从电能的消耗来看，世界电能的70%以上是由各种电动机消耗或者转化为机械能，鼠笼电机占比最大。当前绝大多数设备的运转和工作都是由各种电动机驱动完成，电机已被广泛应用于工业生产和人们生活的各个方面。
　　由于电机的长期运行，一些结构、部件会逐渐劣化，从而由轻微的故障演变为严重故障，甚至引发严重的生产事故，造成生命财产的重大损失。因此，研究如何将异步电机的异常运行时或者早期故障时的信号特征及时地检测出来，并根据信号处理的结果来判断是何种故障，施行有针对性的措施，就具有重大的社会效益和经济效益。通过现代技术手段和功能强大的工具可以对电机运行状态实行状态监测和故障诊断，能够及早发现电机的异常运行和预防故障的恶化，减少突发事故造成的损失，具有明显的经济效益及诸多优点。
　　电动机的状态监测与故障诊断的关键是从故障信号中提取出故障特征，提取故障特征信号的主要方法是信号处理和分析。由于电机故障信号都是非线性、非平稳信号，因此有必要选择恰当的适合于非平稳信号分析的信号处理方法。
　　本文以鼠笼式异步电机为研究对象，总结了目前国内外关于匝间短路故障和断条故障的各类传统的故障信号的处理方法及其各自的特点和不足，分析了电机转子断条和匝间短路的故障机理，研究了在故障情况下的磁动势的分布；在分析故障机理基础上，提取出异步电机故障特征量，采用HHT变换方法对电机暂态和稳态两种运行模式下的各种故障进行仿真研究，采用HHT变换对故障特征量进行局部化，达到状态监测并为故障诊断提供依据的目的。在 LABVIEW平台下模拟了谐波及正弦调频信号，应用HHT分析模块对电机故障信号进行了仿真分析处理，结果显示HHT分析模块可以较准确的提取故障信号特征，成功运用于转子故障诊断试验中，且在运行速度、精度、界面规划方面得到一定的改善。
　　本文重点研究内容如下：
　　(1)分析异步电机在稳态时各种故障产生的原因；
　　(2)分析了基于定子电流监测法的电机转子和断条故障诊断原理；
　　(3)对各种故障提取出相应的特征量；
　　(4)分析电机故障时谐波对故障信号的影响；
　　(5)采用LABVIEW平台，应用HHT算法判断故障类型，并提出了相应的控制策略。

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中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

1.2 电机状态监测及故障诊断技术的研究内容

1.3 电机故障诊断技术研究现状

1.4 本文主要研究的内容

2 鼠笼式异步电动机故障特征分析

2.1 鼠笼式异步电机结构及工作原理

2.2 异步电动机转子故障特征分析

2.3 本章小结

3 鼠笼式异步电机故障分析方法的对比研究

3.1故障诊断常用分析方法

3.2 鼠笼式异步电动机故障诊断常用信号处理方法

3.3 Hilbert-Huang变换法(HHT)

3.4 本章小结

4 HHT在鼠笼式异步电机转子故障诊断中的应用

4.1虚拟仪器技术

4.2 HHT信号仿真模块构建

4.3 HHT法在鼠笼式电机故障诊断中的实际应用

5 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢