基于park矢量小波变换在电机故障诊断中的应用

基于Park矢量模信号小波分解的电机故障诊断方法 王永升 于金山 杨观岳 林雅 摘要：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。异步电机的故障不但会损坏电机本身，而且会影响整个生产系统，因此对电机进行故障诊断显的尤为重要。电机定子三相电流容易获取与检测，当发生故障时，三相电流不在平衡，同时可能会出现一些谐波或边频分量，此时park矢量的轨迹会发生变化，具体形状，决定于故障性质及严重程度。 关键字：异步电机，转子断条，park矢量，故障诊断。 1、park矢量的应用前景 电机定子电流谱分析方法一直是电机故障诊断的一种经典方法。随着小波分析方法的兴起，运用小波分析方法对定子电流进行时频分析和故障诊断已经成为众多研究者关注的热点。与小波分析不同，park矢量方法丰富了电机故障特征信息的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达形式，用具有一定几何形状的park矢量轨迹进行描述，突破了传统的谱分析框架。 基于park矢量诊断电机故障的基本思路，就是识别不同故障所对应的park矢量轨迹。国外的研究结果初步表明，可以通过识别park矢量轨迹“椭圆”的形状，来判断定子绕组匝间短路故障；并且随着故障严重程度的加重，椭圆的“扁平程度”越来越大，而且椭圆主轴方向与故障相有直接的联系（发生同相匝间故障时，椭圆主轴方向趋于一致） 2、电机常见故障 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% 3、基本原理 Park矢量法将三相静止坐标系变换到两相静止坐标系αβ坐标系中，定义 与 合成矢量为park矢量。 （1）算法 设三相交流系统各相电压为： 是指A、B、C三相电压的瞬时值， 是指相电压基波幅值。 即  现在 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的是如何找到一个矩阵P使 有两种表达式 这就是park矢量，如果以park矢量的两个分量分别做横、纵坐标，随时间t的变化，其轨迹为一个圆，圆心为坐标系原点。这种情况下，park矢量的模为常数（对应于常量或直流）。 当电机发生故障时，理想条件被破坏，三相电流不在平衡，同时可能出现谐波或边频分量。这是Park矢量的轨迹不在是一个圆，可能是椭圆，也可能是不规则的闭合曲线。具体形状，决定于故障性质及其严重程度。 （2）图形 以下为得到的PARK矢量图： （1） 正常状态三相异步电机的PARK矢量图 极坐标形式 （2） 转子一根断条三相异步电动机的PARK矢量图 极坐标形式 （3） 转子三根断条三相异步电动机的PARK矢量图 极坐标形式 5.小波变换及其基本性质 连续小波变换 ， 的连续小波变换（有时也称为积分小波变换）定义为： 或用内积形式： 式中 要使逆变换存在， 要满足允许性条件： 式中 是 的傅里叶变换。 这时，逆变换为 这个常数限制了能作为“基小波（或母小波）”的属于 的函数 的类，尤其是若还要求 是一个窗函数，那么 还必须属于 ，即 故 是R中的一个连续函数。由式(8.2-3)可得 在原点必定为零，即 应用连续复值Morelet小波，对电机起动电流进行分解，可以有效提取出信号中的频率逐渐变化的信号成分，进而能够诊断电机转子断条故障。不仅如此，这种方法从根本上消除了负载变化、甚至电源谐波带来的不利影响；而且出现断条就能够检测到，因为起动时电流相对较大，断条特征频率成分会得到充分凸显，同时小波分解信号对此能反映的非常精细，因而具有非常高的灵敏性。由于小波变化具有多分辨率与时域局部化的特性，是一种基于“频带”的时域分析方法，不容易被基频电流计电流中的噪声所淹没，故使用小波分析可以有效地区分具有不同特性的有效信号与噪声信号，实现信号与噪声的分离。小波分析所得图形如下：              （1） 正常状态三相异步电机的小波分析 （2） 转子一根断条三相异步电动机的小波分析 （3） 转子三根断条三相异步电动机的小波分析 6.实验电路 7.扩展park矢量应用 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。 正常电机扩展Park矢量分析 三根断条扩展Park矢量分析 8.结论 本文研究了基于park矢量模信号与小波变换在异步电机故障中的应用，主要是采集数据之后，应用matlab作图，以此来确定电机故障（主要是转子断条）。本文创新点较少，主体部分是对以前学过知识的回顾与应用。但通过该论文，弄懂了电机故障诊断一种重要的方法，也算有收获！ 9.参考文献： [1] 张建文 电气设备故障诊断技术 北京： 中国水利水电出版社2006 [2] 侯新国，吴正国，夏立等 基于park矢量模信号小波分解的感应电机轴承故障诊断方法 中国电机工程学报 第5卷，第14期  2005 [3] 姜建国，史家燕．故障诊断学及其在电工中的应用[M]．北京：科 学出版社，1995． [3] 史进渊，杨宇，孙庆，等．大型汽轮发电机故障特征规律的研究 [J]．中国电机工程学报，2000，20(7)：44-51． [4] 邱家俊．交流电机电磁力激发的非线性振动[J]．中国电机工程学 报，1989，9(2)：49-57． [5] 黄晓光，王永泓，翁史烈．基于BP 算法的电站燃气轮机故障诊断 [J]．中国电机工程学报，2000，20(12)：72-74． [6] 丁艳军，王培红，吕震中．生产过程早期故障检测与诊断的一种 新方法[J]．中国电机工程学报，2000，20(3)：61-65． [7] 任震，黄群古，黄雯莹．基于实值小波变换的发电机故障检测新 方法[J]．中国电机工程学报，2000，20(6)：58-64． [8]康敬东.电机轴承故障的电流识别法分析[J]轴承20  0  4    , (8). [9] 董建园,段志善,熊万里.异步电机定子绕组故障分析及其诊断方法. 中国电机工程学报 2009. [10]许伯强,李和明,孙丽玲,工永宁. 异步电动机定子绕组匝间短路故障检测方法研究. 中国电机工程学报.2004. [11]王旭红,陈艳,彭建春.在线监测电机定子绕组匝间短路故障的新方法. 高电压技术.2003. [12] 侯新国. 基于相关分析的感应电机定子故障诊断仿真研究. 中国电机工程学报.2005. [13]何雨傧. 基于不平衡电流的电机定子故障模糊诊断方法. 中国电机工程学报. 2006. [14] 张建文,姚奇, 朱宁辉, 杨丽, 鲁庆. 异步电动机定子绕组的故障诊断方法.高电压技术.2007. [15] 姜建国,汪庆生,杨秉寿等.用自适应方法提取鼠笼式异步电机转子断条的特征分量.电工技术学报. 1996. [16] 邱阿瑞. 用起动电流的时变频谱诊断鼠笼异步电机转子故障. 中国电机工程学报.2005. [17] 邱阿瑞. 提取感应电动机转子故障特征的新方法.清华大学学报: 自然科学版. 2007. [18] 高景德,王祥珩,李法海. 交流电机及其系统分析 2006 附录 Park矢量作图程序： clc;%清空屏幕 clear;%清除工作空间变量 deltat=1/5000;%采样时间 N=1024;%傅里叶分析时的点数 c1=xlsread('haodianji.csv');%读入采样信号 s1=c1(:,1);%取采样信号的第一列（也就是a相的电流） s2=c1(:,2);%取采样信号的第二列（也就是b相的电流） s3=c1(:,3);%取采样信号的第三列（也就是c相的电流） id=sqrt(6)/3*s1-sqrt(6)/6*s2-sqrt(6)/6*s3; iq=sqrt(2)/2*s2-sqrt(2)/2*s3; plot(id,iq) hold figure(2) polar(id,iq)