中国矿业大学毕业论文答辩

论文题目：基于Park矢量信号模小波分析的感应电机转子断条故障诊断方法答辩人:赵振国(电气2010-2) 专业:电气工程及自动化 指导老师:许允之

日期：2012年6月

课题的研究的目的及意义现代工业生产及我们的日常生活，几乎离不开各种各样的电机。 异步电机因其结构简单、坚固耐用、控制简单、使用方便以及能适 用于各种复杂的工作环境而广泛应用于人类社会的生产和生活中， 是一种用量最大、覆盖面最广的电机。在实际运行中，异步电机的 故障不仅会损坏电机本身，而且会影响整个生产系统，甚至会危及 人身安全，造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。因此，异步电 机的正常工作对保证生产过程的安全、高效、优质及低耗意义重大。 因此，通过分析异步电机的故障特征，开发一套能准确、有效识别 各种常见故障的综合诊断系统，对保证生产系统安全可靠的运行、 有针对性的减小电机故障率都是十分必要的。随着计算机的广泛应 用和故障监测与分析技术的日益成熟，新的监测技术和分析技术不 断问世，为异步电机的故障分析和诊断提供了条件，使得研究电机 故障监测与诊断技术具有重要的理论意义和实用价值。

电机的分类 目前电机可以被分成各种类型，主要的有四种： 同步发电机 同步电动机 直流电动机 异步电动机：鼠笼式异步电动机 绕线式异步电动机

依照不同的分类方式，电机可以被分成各种类型，主要的有四种

鼠笼式异步电动机的主要故障 定子部分：主绝缘烧损，占23.3%; 定子绕组连接线烧损，占13.3%; 定子绕组断条占3.3%; 定子引线短路，占3.3%。

转子部分：转子导条断裂、开焊，占36.7%; 扫膛，占8.3%; 轴承损坏，占3.7%

鼠笼式异步电动机的主要故障在这些故障中，主绝缘烧损在大多数情况下 是由断条发展而来，而扫膛则与轴承损坏和偏 心有关。因此可以认为，定子绕组断条、转子 断条和偏心是鼠笼式异步电机主要的三种故障 形式。而其中以转子故障最为主要。 所以本文的主要研究对象放在了转子断条 故障上。

鼠笼异步电机转子断条故障产生原因鼠笼转子断条故障是鼠笼式异步电机的一种常见故障，产 生故障的内因是工艺问题，外因是工作条件恶劣、起动频繁。 而在实际中，制造工艺受到制造厂的技术水平的限制，但是 频繁起动和工作条件又是实际所要求的，起动给转子导条和 端环频繁地大电流冲击，长期如此，导条断裂以及端环的损 坏是难免的。对于鼠笼式异步电动机，导致转子故障的原因 通常是转子温度过高，以及作用在鼠笼端环上的离心负荷过 大(起动时)

。在制造过程中可能就已存在的某些缺陷，会导 致电阻过高，从而引起过热。而在高温条件下，鼠笼条的强 度降低，从而出现裂纹。鼠笼条与转子的相对位移，连续的 高温运行或停车同样可以引起鼠笼端环和鼠笼条变形，并最 终导致端环与鼠笼条断裂。

论文的结构和主要内容 绪论：概要介绍课题的研究目的和意义。综述异步电机故 障诊断的方法研究。 异步电机故障：概要介绍鼠笼电机转子基本结构，综述转 子故障的危害，阐述了故障主要的诊断技术。对转子断条 原因、故障机理进行了分析。 软件介绍：简单地介绍了一下Matlab的发展历程以及所使 用到的工具箱。 Park矢量理论：从理论的角度分析Park矢量理论以及扩 展Park矢量理论。 电机的实验以及实验数据的处理:对实验处理的数据进行 Park矢量变换最终证明Park矢量的实用性。 结束语：对本论文进行总结。

实验部分ZX-I型电机故障诊断实验台

实验部分ZX-I型电机故障诊断实验台显示屏截图

实验部分 实验电路图A B C N A 隔 离 变 压 器 380V M 220V 12V 6.3V JB1 风机 1 2 JB1 SB1 JB2 A A IT V V V UT M JB3 鼠笼式异步 电动机 测 速 仪 G UT 外供 0 6.3 12 电源

IT

保 护 电 路ZT 他励直流

数 据 采 集 卡

计算机

日日日转速表

SB2

JB2 TB1

JB3

SB3 ZL1

1KB1 ZL2 ZB1 1KB10

…… ……

SB4 SB5

ZB1

2KB1 ZB2 2KB10

ZB2

…… ……

实验部分Park矢量分析

如果以Park矢量的两个分量分别作为横、纵坐标，随 着时间t的变化，其轨迹为一个圆，圆心为坐标系原点。当 电机发生故障时，理想条件被破坏，三相电流不再平衡， 同时可能会出现一些谐波或边频分量。这时Park矢量的轨 迹不再是一个圆，可能是椭圆；也可能是不规则的闭合曲 线。

实验部分Park矢量分析

图1 正常电机的Park矢量图

实验部分Park矢量分析

图2 一根断条的Park矢量图

实验部分Park矢量分析

图3 三根断条的Park矢量图

实验部分扩展Park矢量分析扩展Park矢量分析方法是以Park矢量为基础，对Park矢量 的模进行谱分析。因为对Park矢量取模后，将三相电流 (ia,ib,ic)中的对称分量转换为直流分量(DC),当电机发生 断条、端环开裂故障时，扩展Park矢量频谱中，包含有电源电流 基频分量为主要成分的直流分量和断条故障所对应的特征频率 2sf和4sf的边频交流分量，故障特征的边频分量远离了电源基频 分量，从而消除了基频分量带来的不利影响，这样故障特征分量 就很容易与电流基频分量(f1)区分开来。

实验部分扩展Park矢量分析扩 展 PARK矢 量 分 析 5.5 5 4.5 4 3.5

幅度

3 2.5 2 1.5 1 0.5

0

10

20

30

40

50 f(Hz)

60

70

80

90

100

图4 正常电机

扩展Park矢量分析

实验部分扩展Park矢量分析扩 展 PARK矢 量 分 析 5 4.5 4 3.5 3

幅度

2.5 2 1.5 1 0.5 0

0

10

20

30

40

50 f(Hz)

60

70

80

90

100

图5 三根断条扩展Park矢量分析

实验部分扩展Park矢量分析

在理论中断条故障的边频分量为2kfs (f=50Hz,s=0.02~0.05, k=1.2.3….) 即为2k~5k (k=1.2.3…)在2kHz~5kHz间，会出现 边频分量，图5为三根断条故障，其在2Hz、4.5Hz处出现了边频 分量，这在图4正常电机上是没有这个边频分量的。

结论 结论： 本文介绍了异步电动机的构造、类型及故障的诊断方法 。由于电机定子电流容易采集，所以本文主要是对电机的定 子三相电流进行分析，通过Park矢量分析、扩展Park矢量 分析等。从而验证方法的正确性。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/83wi.html