基于信息融合技术的故障诊断方法举例

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1、7笼型异步电机故障的信息融合诊断方法7.1笼型异步电机故障定子铁芯故障铁芯短路、振动…绕组绝缘故障老化、磨损、过热、受潮、污染、电晕…转子故障转子气隙偏心、笼条断裂（断条）、端环开裂…常见故障转子偏心、断条、端环开裂和绕组过热（匝间短路）7.1.1转子断条和端环开裂故障电机起动时，转子绕组内短时间流过很大电流，定子绕组电流可达（5～7）In转子导条承受冲击电动力、热应力、离心应力起动、运行、停转过程中的循环热应力和变形作用由于负载变化和电压波动时，笼条又要受到交变负荷的作用，容易产生疲劳转子绕组铸造质量、导条与端环

2、的材质和焊接质量存在问题故障现象起动时间延长、滑差加大，力矩减小；振动和噪声增加，电流出现摆动等转子断条故障的特征频率定子电流中出现边频分量：式中，转差率s＝（n1-n）/n1×100％电机磁场旋转速度n1＝60f1/p转子转速n（r/min）p为电机磁场极对数f1为电源基频k为正整数其它检测方法振动、轴向磁通、转速波动等方法7.1.2气隙偏心故障气隙偏心:气隙磁场的不对称分布气隙偏心的类型静态偏心偏心的位置在空间是固定的，与转子位置无关定子铁芯内径的椭圆度或装配不正确动态偏心偏心位置在空间是变化的，通常与转子的位

3、置和旋转频率有关转轴弯曲、轴颈椭圆、临界转速时的机械共振、轴承磨损气隙偏心故障的特征频率在定子电流频谱中Z2为转子槽数，nrt为任意整数，nd为任意整数（静态偏心：nd＝0；动态偏心：nd＝1、2、3、…）nws为奇整数简化的气隙偏心故障特征频率判据转子旋转频率fr＝（1－s）f1/p，m为正整数气隙偏心故障还会造成电机的振动异常，并出现振动特征频率7.1.3绕组过热与匝间短路故障绕组过热是电机运行过程中经常出现的一种现象，通常是短时和整体性的比较危险的是绕组的局部过热绝缘的局部损伤匝间短路温度监测是诊断电机绕组过

4、热与匝间短路故障的常用方法当绕组过热导致绝缘局部老化，出现非金属性轻微匝间短路时，电机的三相电流会出现不同的变化，一般导致有匝间短路的相电流增加7.1.4单相电流谱分析方法的局限性是诊断鼠笼异步电机转子断条、端环开裂和气隙偏心等故障的常用方法局限性故障特征频率易被基频的“旁瓣”所湮没故障严重程度比较轻微负载频繁波动容易受到电源谐波干扰（变频调速电源供电）未能充分发掘三相电流中所携带的故障特征信息新方法：信息融合7.2转子断条故障的诊断应用扩展派克矢量（ParkVector）方法基于Park矢量的融合电流小波分析方法

5、7.2.1应用扩展派克矢量方法只有转子断条或端环开裂故障时同时存在断条和气隙偏心故障时两种故障同时发生时派克矢量的模k=1、m=1派克矢量的模中包含的频率成分序号频率成分产生原因1直流三相基波分量、各故障特征分量自身作用产生22ksf1基波分量与断条故障特征分量相互作用产生34ksf1两种断条故障特征分量之间相互作用产生4mfr基波分量与气隙偏心故障特征分量相互作用产生52mfr气隙偏心故障特征分量相互作用产生6mfr+2ksf1气隙偏心故障特征分量与断条故障特征分量相互作用产生7mfr-2ksf11故障特征矢量的

6、提取无转子断条故障的特征矢量转子断条故障的特征矢量2运用BP网络实现断条故障的自动识别输出层有4个神经元，分别对应电机的4种故障模式1、良好2、断条3、气隙偏心4、匝间短路BP网络训练误差曲线BP网络对断条故障的诊断结果12345678910正常0.99910.90060.97780.99850.97290.11210.00070.00050.00120.0071断条0.00170.39840.13960.01470.18270.93360.99800.9989099800.9900气隙偏心000.00010.00

7、01000.00020.000100.0001匝间短路0.00010.00090.00060.00060.010200000实际故障正常正常正常正常正常断条断条断条断条断条7.2.2基于Park矢量的融合电流小波分析方法小波变换不同分解尺度对应的频带宽度设信号采样频率为fs，则信号中的最高频率为fs/2采用DWT对信号进行分解时，设分解尺度为j（j＝1，2，3，…）j＝1时，信号被分解为[0，fs/4]和[fs/4，fs/2]两个频带j＝2时，信号被分解为[0，fs/8]、[fs/8，fs/4]和[fs/4，fs/

8、2]三个频带依次类推，j＝k时，分解信号的最低频带为[0，fs/2k+1]小波变换不同分解尺度对应的最低频带宽度（fs＝5000Hz）尺度j12345678[0,fs/2j+1][0,1250][0,625][0,312.5][0,156.3][0,78.1][0,39.1][0,19.5][0,9.8]良好电机空载运行时DB5小波分解结果（a）Park矢量