基于绕组函数法的大型潜水电机偏心故障分析与诊断

摘要

作为各种以电为动力的机械中需求量最大、应用领域最广泛的一种，感应电动机约占全世界电机产量90％左右。作为一种典型的感应电机，潜水电机发展逐渐大型化，设备故障带来的损失也在不断地增大。因此，大型潜水电机状态监测越来越得到重视，同时，由于其机械故障以断条和气隙偏心为多，对于此类故障诊断技术的研究也在蓬勃展开。作为大型潜水电机中广泛出现的现象，气隙偏心故障长期以来都被世界各地的研究机构深入关注。理论上，若不考虑生产和装配过程的公差或者运输和工作过程中的磨损，潜水电机定子内圆和转子外圆应在同一圆心，而通常情况下，由于上述原因，定转子轴心会产生偏离。近些年，海内外专家针对各类电机的故障检测的研究做了不懈努力，而本文的研究方向:大型潜水电机气隙偏心问题虽然各类文献涉及的不多，但可以借鉴这些研究中大量有效措施和成效。在偏心领域，很多技术都逐渐被推广应用，如基于电机电流信号分析的偏心检测、基于振动分析的偏心检测、基于端电压频谱分析的偏心检测等等。
　　本课题以检测电机偏心故障为目标，通过改进的绕组函数法比较了不同偏心状态下电感矩阵，并综合了电流信号与振动信号的检测，给出了一种有效判别偏心故障是否为特殊偏心的方法。本文科研成果主要体现在以下几个方面:
　　(1)通过多回路方法建立大型潜水电机的计算模型，并采用绕组函数法计算电机电感矩阵。
　　(2)对绕组函数理论进行推导，并结合绕组函数平移系数的提出，对绕组函数法进行适用于偏心故障仿真的改进。
　　(3)基于改进的绕组函数法，对不同偏心故障情况下的电感系数（定子绕组的自感和互感、转子回路自感和互感、定子绕组和转子回路间互感）进行计算，并与三维有限元法算得结果进行对比。
　　(4)计算不同偏心状态下故障电流，并通过傅里叶分析提取出相关的故障特征量，为偏心故障诊断提供了依据。
　　(5)通过磁路法分析了偏心时不平衡磁拉力，并对不平衡磁拉力进行了定量分析。提出了结合电流信号和振动信号的气隙偏心检测方法。
　　本文对大型潜水电机的各类偏心故障进行了较为系统的研究，得到了一系列初步却有意义的结论，对电机气隙偏心的进一步深入研究以及其它偏心相关的一系列研究具有深远的理论意义和实用价值。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 电机状态监测与故障诊断

1．2 潜水电泵及潜水感应电机

1．3 感应电机故障研究概况

2 改进绕组函数法的推导

2．1 多回路模型在常见电机故障建模的应用

2．1．1 多回路模型的建立

2．1．2 转子偏心故障下的多回路模型

2．1．3 其他故障情况下的多回路模型

2．3 绕组函数的推导

2．3．1 匝函数和绕组函数

2．3．2 绕组间互感计算

2．4 基于样机的绕组函数改进分析

2．5 偏心电感的计算及分析

2．6 本章小结

3 弧偏心模型的建立及分析

3．1 静态偏心和动态偏心

3．2 动态弧偏心的建模

3．3 弧偏心电机的电感及电流仿真结果

3．3．1 定转子互感的对比

3．3．2 启动性能的对比

3．3．3 电流频谱的对比

3．4 结论

4 不平衡磁拉力分析

4．1 概述

4．2 气隙磁导计算

4．3 弧偏心电机不平衡磁拉力分析

4．3．1 不平衡磁拉力的计算

4．3．2 不平衡磁拉力的有限元模拟

4．4 基于电流信号和振动信号的动态弧偏心检测

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况