异步电动机早期故障检测的小波分析方法研究

【摘要】：本文着重于异步电动机早期故障检测的小波分析方法研究。 异步电动机(本文有时简称为异步电机或电动机)是电力系统内广泛运用的重要的旋转机械,其运行状况对于电力系统的安全运行具有很大的影响。当异步电机内部的早期故障经过一定的时间而发展成为突发故障时,现有的继电保护装置只能将故障电机从电网中切除,防止故障的进一步扩大。但电力生产仍然可能受到意外的中断,昂贵的电机可能也已受到严重的损毁。因此,研究如何将异步电机的早期故障及时地在线检测出来,就具有重大的社会效益和经济效益。 异步电机故障信号中常常含有非平稳信号,如起动时的过渡过程、定子绕组发生故障时的电流突变信号以及轴承故障时引起的复杂的振动信号等等,使得在应用传统的Fourier 变换的分析方法来提取故障特征量时,受到很大的局限性,因而产生较高的误判率。小波变换则具有优良的时频局部化性能,适合于非稳态信号的分析。本文正是基于这一思想,将小波变换引入到异步电机的早期故障检测中来,主要对异步电机的转子、定子及轴承等早期故障的检测方法进行了研究,并研制开发出了一套异步电动机早期故障小波智能诊断系统。本文在阐述小波变换基本原理的基础上,深入研究了小波变换的时频窗口特性。从时频窗口的角度出发,提出了在实际应用中,小波函数的选取所应遵循的一些共同原则,并从频域角度出发,对常用小波函数的幅频特性及其相频特性进行了分析。 深入研究了起动过程中的异步电机转子故障特征量的特性,提出了起动过程中转子断条故障检测中的小波脊线方法,实现了异步电机起动过程中转子故障的准确诊断。分析表明,该检测方法对异步电机的负荷量没有要求,即使是在空载运行情形下,对只有一根断条的故障也可以很准确地检测出来。 深入研究了稳态运行下异步电机转子故障误判率高的原因,提出了相应的改进措施,并把对定子电压信号的同时性监测也引入到异步电机转子故障的检测中来。在此基础上,提出了基于频距比较的转子故障检测新方法,并首次将小波分析方法引入到稳态运行下转子断条故障的在线诊断领域中来,提出了转子断条故障特征检测的小波算法,从而大大提高了稳态运行下转子故障检测的准确度,并