感应电机轴承故障电流特征的幅值研究

摘要

感应电机因其造价低廉、维护方便及较高的功率重量比等优良特性，被广泛应用于现代各类工业领域中。当重要电机出现故障时会使机器出现不可修复的损坏，而轴承故障是其中发生概率最高的一种故障，因此对感应电机轴承故障进行早期故障诊断具有重要意义。
　　本文针对Blodt等人使用单位脉冲模拟轴承故障对转矩的影响太过理想的不足，提出用周期矩形脉冲来模拟轴承局部故障产生的转矩振动，对周期矩形脉冲信号的特征进行了详细的研究。在此基础上详细推导了轴承故障对定子电流的影响，得出电流特征频率的各个边频的幅值随故障宽度的变化满足Sa函数幅值分布。并通过Matlab设置仿真实验，对不同故障宽度下的电流频谱进行对比分析，仿真实验结果验证了理论推导的正确性。
　　本文研究了电机内部转子槽谐波与轴承故障共同作用下的定子电流特征频率的幅值特性。发现在定子电流频谱中有新的特征频率，其与转子转动频率和转子导条数相关，并且该频率的幅值受故障宽度τ及频率阶次n的影响。在AnsoftMaxwell有限元仿真环境下，分别搭建一个转子导条数为26和28的鼠笼电机，结合Simplorer进行联合仿真，实验结果验证了理论得出的特征频率是真实存在的。
　　本文设计搭建了感应电机轴承故障模拟实验平台。利用该平台进行硬件模拟实验研究，验证了前述理论推导的正确性。发现当电机轴承有故障时，定子电流特征频率的各个边频的幅值并非是单调递减的，而是随着故障范围的变化，各个边频的幅值与Sa函数的边频包络趋势一致。在考虑了转子槽谐波的影响后，新增特征频率的幅值特性也满足同样的变化趋势。该结论对于电机轴承故障的识别以及故障严重程度的判别提供了有效的理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的来源及研究意义

1．2 轴承故障诊断技术研究的国内外现状

1．2．1 轴承故障诊断技术的发展现状

1．2．2 轴承故障诊断特征信息提取方法的发展现状

1．3 本文的研究内容和章节安排

第2章 感应电机滚动轴承结构及故障特征

2．1 滚动轴承的结构

2．2 滚动轴承常见故障形式及失效原因

2．3 滚动轴承故障的振动特征

2．4 轴承故障的电流频率特征

2．4．1 幅度调制模型

2．4．2 相位调制模型

2．5 本章小结

第3章 基于周期矩形脉冲模型的电流特征频率的幅值特性

3．1 周期矩形脉冲

3．2 轴承故障对电流特征频率幅值特性的影响

3．2．1 转矩振动对电机转速和转子磁动势的影响

3．2．3 轴承故障对电机气隙磁密及定子电流的影响

3．3 仿真实验验证

3．4 本章小结

第4章 转子槽谐波与轴承故障共同作用下的电流特征频率的幅值特性

4．1 感应电机转子槽谐波

4．2 转子槽谐波对电机定子电流的影响

4．3 轴承故障对电流特征频率幅值的影响

4．4 有限元仿真实验验证

4．5 本章小结

第5章 电流特征频率的幅值特性实验研究

5．1 轴承故障模拟实验平台

5．2 轴承故障硬件模拟实验

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢