一种感应电机转子断条早期故障诊断方法
来源：未知
发布日期：2019-10-18 14:38【大 中 小】
引 言
感应电机具有结构简单、价格低廉等优点，广 泛应用于工业领域。对于连续工艺流程部门，一 旦感应电机发生故障，造成的经济损失往往会超 出驱动电机本身的价值。统计表明，在感应电机 的四大类故障中，转子故障占 10%，因此感应电 机转子故障诊断是不可忽略的一部分。
电机运行在额定负载、轻载或 空载条件下时，转差率较小，特征频率 fb 与 f1 非 常接近，且幅值相差较大，导致频谱中 fb 易被 f1 淹没。为了解决感应电机转子断条早期故障诊断 的不足，本文从解析模型出发，通过参数辨识来 诊断感应电机转子断条故障。应用参数辨识方 法的关键是准确建立电机模型，自感应电机多 回路模型被提出以来，因物理概念明确和能准 确描述电机故障状态而受到广泛关注。利用感 应电机多回路模型推导了转子发生断条的故障 模型，通过滑窗技术对电机等效参数进行辨识， 并以电机等效参数为依据对感应电机转子断条 故障进行了研究与诊断。通过仿真试验验证了 该方法的可行性。
感应电机正常模型方程
转子回路自感、转子每段端环的电感、定子 x 相绕组与转子 y 回路间的互感和转子 y1 回路与 y2 回路间的互感，x = a，b，c; y，y1， y2 = 1，2，…，n; Myx =Mxy。
电感系数 Mxy的一般化计算 公式为 Mxy = φxy iy = 1 iy ∫dφxy = ΛgNxNy 4pn cos αxy ( 3) 式中: iy———y 相绕组电流; φxy———y 相绕组通以电流 iy 后与 x 相绕组 交链的磁链; Λg———气隙磁导，Λg = μ0 τl g ; μ0———气隙磁导率; τ———极距; l———铁心有效长度; g———气隙有效长度; Nx、Ny———x 相和 y 相等效正弦绕组的串联 匝数; pn———电机极对数; αxy———y 相绕组轴线滞后 x 相绕组轴线的 电角度。
感应电机故障模型方程
假设第 j+1 根鼠笼条断裂，则将中电阻和电感矩阵的第 j+4 行和第 j+4 列分 别加到第 j+3 行和第 j+3 列，并删掉第 j+4 行和第j+4 列; 电压、电流和磁链向量的第 j+4 行加到第 j +3 行，并删掉第 j+4 行，可得感应电机转子断条 数量为一根时的多回路模型方程。电机稳定运行时，idq和 iqd均为常数。当电机 参数已知，并把 x 作为自变量，将实测电流与故障 模型输出电流差值作为目标函数 F，则 F 是关于 自变量 x 的函数，进一步求解知 x 是关于定子 a 相输入电压初相位 θu 的函数，具体表达式因目标 函数 F 的表达式而变。故 Lm11、Lm12、Lr11、Lr12、Rr11 和 Rr12均是关于 θu 和 θi 的函数，而对于同一台电 机，θi 是关于 θu 的函数，故 Lm11、Lm12、Lr11、Lr12、Rr11 和 Rr12是关于 θu 的函数。
感应电机参数辨识 对型号为 Y160L-4 的 15 kW 电机进行参数 辨识，运用优化算法对电机进行参数辨识的研究 已有很多［18－20］，不再赘述。运用感应电机多回路 模型方程对断 1 根鼠笼条的故障电机进行仿真， 利用滑窗技术可以得到一系列输入电压和电流响 应的值，作 dq0 变换后，运用改进粒子群算法和推 导的故障电机方程进行参数辨识，可得电机等效参数周期变化曲线。
上海合愉电机有限公司的 CEIU-S-01 高 级智能量测单元能实现准确的常规电气参量及电 能质量六项指标监测，并可实现波形召测和高次 谐波分解。电气参量的采样频率为 8 000 Hz，故 滑窗步长可选为 π/40，则输入电压在一个周期内变化时参数辨识曲线周期是输入电压周期的 1/2，且在一 个电压周期内存在 2 个尖峰，可以作为故障特征区 别于正常电机。
结 语
本文针对感应电机转子发生早期断条故障 时，因故障特征信号不明显而造成早期故障发现 不及时的问题，推导了感应电机转子断条故障模 型，运用改进粒子群算法和滑窗技术辨识电机等 效参数，通过电机等效参数的变化曲线，诊断出电 机早期断条故障，同时给出了转子发生不同程度 故障时的差异指标。试验结果与理论分析的一致 性验证了该方法的
可行性; 同时为利用信息融合 技术诊断电机转子断条故障提供了新思路。
