一種基于小波的異步電動機故障分析方法技術

本發明專利技術公開了一種基于小波的異步電動機故障分析方法，應用小波變換技術對電流信號和振動信號進行分解，電流信號根據理論上啟動過程中特征頻率變化情況確定小波母函數、小波分解層數，分析小波變換結果中頻率和幅值；重構小波包分解系數，求取各頻帶的信號能量；將能量變化突出的若干信號選取為特征向量，通過特征向量就能夠確定每一種電動機故障的特征。本發明專利技術通過用小波分析方法處理信號的結果與理論結果的誤差大小來判定小波函數的好壞，從而達到通過最適合的小波函數去實現異步電動機的故障檢測與分析。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及異步電動機，具體是一種基于小波的異步電動機故障分析方法。
技術介紹
隨著現代科學技術的進步、生產系統的發展和設備制造水平的提高,電機作為世界上使用最普遍的、數量最多的供電設備和動力機械,幾乎占領了所有領域。其中異步電動機是各種電動機中應用最廣、需要量最大的一種電機。左右的電氣原動力均為異步電動機,其中小型異步電動機占以上。在電網的總負荷中,異步電動機用電量占以上。它是當今生產活動和日常生活中最主要的原動力和驅動裝置。顯而易見,電機的正常工作對保證生產制造過程中的安全、高效、敏捷、優質及低耗運行意義非常重大。電機的故障或停止運行,不僅會損壞電機本身,而且會影響整個系統的正常工作,甚至會危及人身安全,造成巨大的經濟損失,所以如果能在故障初期就能診斷出類型和成因是最理想的解決方法。作為傳動機械，異步電動機廣泛應用于發電廠、煉鋼廠、艦艇等工業與國防領域，其安全運行至關重要。異步電動機一般處于長時間連續運轉狀態，且工作環境惡劣，加之電機的自然老化，以及受電機制造水平、運行管理水平、檢修質量等方面的限制，因此故障不可避免。異步電動機故障不僅損壞電機本身，而且影響整個傳動系統，如果不能及時發現、檢修，將導致事故、停機。對于發電、煉鋼、石化及其它工業生產流水線而言，異步電動機的一次事故、停機即會造成巨大損失，而在特殊應用領域(核電站、海軍艦艇等)甚至導致災難性惡果。針對異步電動機的速斷性(災難性)故障，主要采取繼電保護措施，如過電流保護、過電壓保護、欠電壓保護、差動保護、負序保護、逆電流保護、接地保護等繼電保護措施并不能預防事故的發生，而僅能在事故發生后采取行動，仍將造成停機。因此，為了將因電動機故障造成的損失降低到最小程度，迫切要求對電動機的初發故障進行檢測。據不完全統計，目前全國運行的電動機數量超過6000萬臺，占電網用電量的70%以上，是工農業生產中應用最為廣泛的動力設備。全國每年燒毀電動機數量約300萬臺以上。每年僅修理費高達數百億元。由于電動機故障造成工產損失更是難以估計。因此開發先進可靠的電動機狀態監測與故障檢測系統，具有極其廣闊的應用前景。籠型異步電動機轉子斷條故障將導致電機出力下降、運行性能惡化，加之轉子斷條故障的發生概率約為15%，因此必須對其進行檢測，特別是進行早期檢測，早期檢測系統可以在故障發展初期及時告警，有助于現場組織、安排維修，避免事故停機，具有顯著經濟效益。異步電動機初發故障檢測一般是通過使用先進的技術手段，在線監測異步電動機的相關運行參數(如電壓、電流、磁通、轉速、溫度、振動、局部放電等)，判斷設備是否處于正常狀態，以確定合理的檢修時間和方案，達到減少事故停機損失、提高設備運行的可靠性、降低維修費用的目的。異步電動機故障主要包括轉子斷條故障，定子繞組匝間短路故障，以及軸承故障，一般來說，電機狀態監測和故障診斷涉及的知識領域主要有：電機理論、電磁測量、信號處理、計算機技術、熱力學、絕緣技術、人工智能等。綜上所述，對電動機進行故障檢測是必要的，通過對常見故障的檢測和分析，可以及早發現故障和預防故障的進一步惡化，以減少或者避免惡性故障造成的經濟損失，并為實現狀態檢修創造條件，對保證安全生產也有重要意義。電機故障診斷技術是近年來發展起來的一門新型學科。國外對電機故障診斷技術的研究始于世紀年代。由于電機的工作原理和結構上的種種特點,其診斷方法和采用的檢測技術和其它設備的診斷有所不同。盡管各個國家都很重視,但是直到一年代,隨著傳感器、計算機、光纖等高新技術的發展與應用,電機在線診斷技術才真正得到迅速發展。加拿大、日本及前蘇聯陸續研制了變壓器、發電機的局部放電、泄漏電流等在線監視系統,有些已經發展成為正異步電機在線故障診斷系統的研究與設計式產品。我國對電機故障診斷技術的重要性也早有認識,世紀年代就提出過不少帶電試驗的方法,但由于操作復雜、測量結果分散性大而未得到推廣,直到年代開始出現電機故障在線診斷技術的研究之后得到迅猛的發展。如1993年,清華大學的竇玉琴、付立軍通過測量電機的軸磁通和電流信號分別進行了斷條和偏心模擬試驗。1994年,哈爾濱工業大學的王鳳昌用頻譜分析儀分析過模擬斷條故障電機的頻譜,得出與國外專家相同的結論。哈爾濱理工大學的時獻江利用計算機分析了數十臺電機的電流頻譜,用來分析電機及其拖動設備的故障,編制了專門的軟件,并取得了一例斷條診斷成功的實例。1997年,清華大學邱阿瑞提出了提取感應電動機轉子故障特征的新方法,通過對電機定子電流信號作希爾伯特變換解調處理,提取故障特征分量,結果表明此方法適用于負荷波動較大的轉子故障診斷。1998年,清華大學自動化系葉昊提出一種基于小波分析的動態系統故障檢測方法。該方法不需要模型,具有靈敏度高、克服噪聲能力強的特點。年,華北電力大學許伯強提出了連續細化分析的傅立葉變換方法,但是要借助異步電動機定子電壓過零時刻提取電路,該方法可以提高檢測轉子斷條故障的靈敏度。年,中船重工集團公司研究所李明勇提出用算法的譜估計方法來診斷異步電機轉子斷條故障。2004年,浙江大學劉振興,尹項根提出了以平均瞬時功率為監測量進行鼠籠式異步電動機轉子復合故障的監測與診斷方法,該方法不需要己知電動機的定、轉子參數,可以實現復合故障的準確分離。年,華北電力大學電氣工程學院許伯強首次將連續細化傅立葉變換、自適應濾波、轉子齒槽諧波轉差率估計、檢測闡值自整定技術有機結合,形成了籠型異步電動機轉子斷條故障檢測新方法。到目前為止,對異步電機的故障檢測方面的研究大部分仍采用對電機定子電流的檢測,通過各種方法對信號進行分析,提取故障特征頻率,并根據特征頻率下幅值的變化,判斷電機故障的類型我國的故障診斷技術研究開始于70年代末，在初期階段，我國科研工作者學習美國、日本、歐洲一些國家的先進技術，經過二十多年的奮斗，我國的一些高等院校及科研機構在故障診斷的理論研究上取得了很大的進步，并研制出可以滿足主產的監測診斷設備，開發出專用診斷軟件，大大地縮小與發達國家地差距，在某些方面達到國際先進水平。診斷技術發展至今已經歷了三個階段。在第一階段，診斷結果在很大程度上取決于領域專家的感官和專業經驗，但是傳感器技術、動態測試技術以及信號分析技術的發展使診斷技術進入了第二階段，并且在工程中得到了廣泛的應用，近年來，為了滿足復雜系統的診斷要求，隨著計算機技術的發展及人工智能技術，特別是專家系統在診斷問題求解中的應用，診斷技術正進入它的第三發展階段，即智能化階段。由于數學的發展和互聯網的興起，出現了基于數學方法的故障診斷，人工智能、專家系統、神經網絡、遺傳算法、小波分析診斷原理大量應用于故障診斷研究當中、取得了可喜的成果，互聯網進一步發展也為故障的在線診斷提供了有力基礎，并為預測故障的發生提供了可靠的保證。我國清華大學研制成功的籠型異步電動機轉子斷條在線檢測儀可視為標志性成果，該裝置同樣基于MCSA技術，通過對異步電動機定子相電流信號進行頻譜分析檢測轉子斷條故障，簡捷實用，因此已廣泛應用于生產實際，但我國國內目前尚未開發出類似于MULTILIN的多功能綜合性的異步電動機狀態監測與故障診斷系統。小波分析作為一種新型的時、頻域分析工具，在時域、頻域都具有良好的局部化性質，可以聚焦到信號的任意本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于小波的異步電動機故障分析方法，其特征在于，應用小波變換技術對電流信號和振動信號進行分解，電流信號根據理論上啟動過程中特征頻率變化情況確定小波母函數、小波分解層數，分析小波變換結果中頻率和幅值；重構小波包分解系數，求取各頻帶的信號能量；將能量變化突出的若干信號選取為特征向量，通過特征向量就能夠確定每一種電動機故障的特征。

【技術特征摘要】
1.一種基于小波的異步電動機故障分析方法，其特征在于，應用小波變換技術對電流信號和振動信號進行分解，電流信號根據理論上啟動過程中特征頻率變化情況確定小波母函數、小波分解層數，分析小波變換結果中頻率和幅值；重構小波包分解系數，求取各頻帶的信號能量；將能量變化突出的若干信號選取為特征向量，通過特征向量就能夠確定每一種電動機故障的特征。2.根據權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：袁麗英，吳迪，
申請(專利權)人：哈爾濱理工大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23