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【6h】

异步电动机在线状态监测与故障诊断系统的研究与应用

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1 绪论

1.1 研究背景(Research background)

1.2 国内外研究现状(Research status at home and abroad)

1.3 研究的目的和意义(Purpose and significance of the research)

1.4 主要研究内容(Main research contents)

2 异步电动机故障机理研究

2.1 转子断条故障机理研究( Research on the mechanism of rotor bar breaking fault)

2.2 轴承故障机理研究(Research on bearing failure mechanism)

2.3 缺相故障故障机理研究(Research on the mechanism of phase failure)

2.4 转子不平衡故障机理研究( Research on the mechanism of rotor unbalance fault)

2.5 基础松动故障机理研究(Research on the mechanism of foundation looseness)

2.6 本章小结(Chapter summary)

3 基于希尔伯特-黄变换的电动机故障特征提取

3.1 经验模态分解原理(Empirical mode decomposition principle)

3.2 希尔伯特谱分析(Hilbert Spectrum Analysis)

3.3 EMD算法的改进(Improvement of EMD algorithm)

3.4 本章小结(Chapter summary)

4 异步电动机在线监测与故障诊断系统方案设计

4.1 硬件电路分析与设计(Analysis and design of hardware circuit)

4.2 基于LabVIEW的上位机界面设计(Interface design of host computer based on LabVIEW)

4.3 仿真分析(Simulation analysis)

4.4 本章小结(Chapter summary)

5 实验验证与工程应用

5.1 实验系统概述(Overview of experimental system)

5.2 转子断条实验分析(Experimental analysis of broken rotor bar)

5.3 轴承故障实验分析(Experimental analysis of bearing failure)

5.4 转子不平衡实验分析(Experimental analysis of rotor unbalance)

5.5 基础松动和转子断条复合故障实验分析( Experimental analysis of compound failure of loose foundation and broken rotor bar)

5.6 异步电动机监测与诊断系统的工程应用(Engineering application of asynchronous motor monitoring and diagnosis system)

5.7 本章小结(Chapter summary)

6 总结与展望

6.1结论(Conclusions)

6.2展望(Prospects)

参考文献

作者简历

致谢

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摘要

异步电动机在工农业等领域应用越来越广泛,但运行工况也越来越复杂。即使对它定期检修也难免会出现各种故障。单机出现故障会导致整条生产线停机停产从而造成巨大的经济损失。因此,对异步电动机在线状态监测和故障诊断进行研究和应用,对有效改善生产安全性,提高生产效率,减少故障停机率具有重要工程应用意义。  本文研究了鼠笼式异步电动机转子断条、轴承缺陷、缺相、转子不平衡和基础松动的故障机理,进行了严谨的理论推导。针对转子断条故障分量容易被基波淹没的问题,提出了巴特沃斯带阻滤波器对基波分量抑制或削弱解决方案,有效突出了故障分量。对于轴承故障、不平衡以及基础松动问题,通过设计巴特沃斯低通滤波器对振动信号滤波,来排除高频噪声的影响。  对电机故障诊断现有的算法做了研究,分析了其优缺点,提出基于巴特沃斯滤波和相关理论相结合的改进型希尔伯特-黄变换算法,将本征模态函数与原始信号做相关分析来判断本征模态函数的真假性,可以有效解决虚假分量和模态混叠问题。  基于LabVIEW建立了一个异步电动机在线监测与故障诊断系统,以NI6009数据采集卡为核心采集电流和振动信号,将传感器数据以OLE字段格式存储于Access数据库中,实现了数据采集和实时监测,设备异常时通过报警指示及时发现早期故障。通过调用变体至数据转换功能从数据库中读取数据,以改进的希尔伯特-黄变换算法为主、快速傅里叶变换和时域统计分析为辅建立一个综合分析平台。充分利用了LabVIEW良好的人机交互界面,克服了LabVIEW和MATLAB联合编程硬件开支大、算法运行缓慢等问题。  基于该系统对电机典型故障,如:转子断条、轴承缺陷、转子不平衡、以及基础松动和转子断条复合故障进行了实验验证,通过改变供电频率和负载大小进行大量实验室分析与优化,使该系统具备工程应用条件。通过实验和工程现场的测试证明该系统对于异步电机的在线监测和故障诊断可靠性高、监测与诊断准确,具有良好的理论和实用价值。

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