简易综合参数估计法在电机转子断条检测中的应用

一种基于坐标变换的感应电机转子断条故障诊断新方案辛峰;尚兆霞【摘要】转子断条是感应电机最主要的故障之一。

提出了一种通过采集感应电机三相定子电流并对三相定子电流进行坐标变换得出不同坐标系下的电流矢量，由此诊断感应电机转子断条故障的新方案。

定子电流矢量图具有物理意义清晰、直观等特点，借助于定子电流矢量图可以计算感应电机故障严重因子，可以推断出转子断条故障的严重程度。

通过样机试验，验证了该方法的正确性和有效性。

%Broken rotor bars is one of the main faults in induction machine. This paper proposed a new scheme by means of which the broken rotor fault can be detected through sampling three-phase stator currents and then transforming them into current vector. Stator current vector graph has the characteristics by its physical meaning of clarity. We can deduce the severeness of rotor broken bars using fault severity factor which is obtained from stator current vector graph. The validity and correctness were verified by prototype.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2014(000)012【总页数】5页(P48-52)【关键词】感应电机;坐标变换;转子断条;故障诊断【作者】辛峰;尚兆霞【作者单位】山东省产品质量检验研究院，山东济南 250100;山东省产品质量检验研究院，山东济南 250100【正文语种】中文【中图分类】TM3070 引言三相感应电动机因其结构简单、使用方便、成本较低、维护工作量小等优点在工业生产中得到广泛的应用。

基于支持向量机的电机转子断条故障诊断
陈理渊;黄进
【期刊名称】《电工技术学报》
【年(卷),期】2006(021)008
【摘要】交流电动机转子断条故障诊断的问题可以归结为模式分类的问题,支持向量机是近几年来涌现的一种新型的针对小样本集合具有较好分类效果的方法.根据断条故障在定子电流谱中产生相应特征分量,本文利用窗提取的方法对定子电流谱进行转换,在不损失故障特征信息的前提下构造低维数特征空间,并在其中用SVM 进行分类.同时针对实际应用中转差率s由于负载的变化而使故障特征频率位置发生变化的问题,分别在恒定负载和变负载条件下进行试验.断条情况为无断条、一根断条、连续两根断条三类,结果表明在恒定负载和变负载条件下都有较高的诊断正确率.同时因为整个诊断过程可以实现自动化,所以可实现在线诊断.
【总页数】5页(P48-52)
【作者】陈理渊;黄进
【作者单位】中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083;浙江大学电气工程学院,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TM3
【相关文献】
1.基于骨干微粒群算法和支持向量机的电机转子断条故障诊断 [J], 史丽萍;王攀攀;胡泳军;韩丽
2.基于小波包分析和支持向量机的异步电机转子断条故障诊断 [J], 王旭红;何怡刚
3.基于旋转滤波-矩阵束的异步电机转子断条故障诊断 [J], LIN Zhifang
4.基于虚拟仪器和MCSA技术的电机转子断条故障诊断的研究 [J], 曹庆皎; 王静爽; 王奕卓
5.基于混合遗传算法与小波神经网络的电机转子断条故障诊断方法 [J], 朱明飞;陈兢;方敏
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采用p-q变换的感应电动机转子断条故障诊断徐懂理;程桂林;侯新贵;李朝生【摘要】转子断条故障是感应电动机的常发故障,故障时定子电流谱中的(1±2s)f 故障特征分量远小于基频分量,易被基频的泄漏所淹没,因此无法准确判别故障的存在,尤其是轻载情况下.针对这一问题,文章提出采用p-q变换进行电动机转子断条故障诊断,分离影响特征量提取的基频信号,使故障特征在频谱中得以凸显,实现感应电动机断条故障的准确检测与诊断.通过理论分析和实验验证表明,该方法能够正确检测出转子断条故障的存在,即使在电机轻载运行时亦具有良好的检测效果.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2015(034)009【总页数】5页(P17-21)【关键词】感应电动机;转子断条;p-q变换;故障诊断;MCSA【作者】徐懂理;程桂林;侯新贵;李朝生【作者单位】南京工程学院电力工学院,江苏南京211100;南京工程学院电力工学院,江苏南京211100;南京工程学院电力工学院,江苏南京211100;南京工程学院电力工学院,江苏南京211100【正文语种】中文【中图分类】TM307+.1转子断条故障是电动机最常见的故障类别，约占其故障总量的10% ～15%左右，有着广泛性、突发性、渐进性、高危害性等特点［1，2］。

英国学者 C Hargis等人证实了转子断条故障的产生对供电电流具有调制影响，得出断条故障发生后定子电流中将出现频率为(1±2s)f的额外频率分量的结论(s为转差率)。

基于此特征量提取的分析方法称为定子电流分析法(Motor Current Signal Analysis，MCSA)［1］。

MCSA对稳态定子电流信号进行频谱分析，查找频谱中(1±2s)f频率分量来判断转子有无断条［3］。

但转子轻微断条时，(1±2s)f分量幅值相对于电网频率分量幅值非常小，约为电网频率分量的1%～3%，加之电机稳态运行转差率s很小，使故障特征频率与电网频率非常接近，相差仅约0.5～5Hz，故障特征受主频谱线的影响，FFT分析时存在谱线泄漏和栅栏效应［4，5］，特征会被淹没而难识别，这是目前电动机转子断条故障诊断需解决的一大难题。

转子绕组断股故障的检测与诊断方法引言：转子绕组断股是旋转机械常见的故障类型之一，其严重影响设备的正常运行。

本文将介绍转子绕组断股故障的检测与诊断方法，以帮助工程师们更好地判断和解决这类问题。

一、故障特征转子绕组断股是指转子绕组中的线圈或线头发生断裂或脱落，导致电机运行时出现异常现象。

这种故障通常表现为以下特征：1. 异常声音：当转子绕组断股时，电机运行中会发出异常的响声，类似于金属摩擦声或破裂声。

2. 异常振动：转子绕组断股会导致电机运行时出现明显的振动，振动频率较高且不规律。

3. 电流异常：转子绕组断股会引起电机运行电流的突变或波动，且通常超出正常范围。

二、故障检测方法1. 视觉检查：通过观察电机转子绕组的外部情况，可以初步判断是否存在断股故障。

对于可视部分，如连接端子、绝缘套管等，应仔细检查是否有明显的断裂、破损或脱落现象。

2. 线圈绝缘测试：利用绝缘电阻测试仪对转子绕组的线圈进行绝缘测试。

正常情况下，绝缘电阻应远远高于设备要求的数值。

若绝缘电阻明显降低，可能意味着转子绕组存在断股故障。

3. 高频电流检测：采用高频电流传感器，测量电机转子轴承处的高频电流信号。

转子绕组断股会导致电机高频电流的波动或增加，从而可通过分析检测到的电流信号来判断故障的存在。

4. 热像仪检测：使用红外热像仪对电机进行热检测。

转子绕组断股会引发电机局部发热现象，通过热像仪可以准确地观察到温度异常区域，从而确定是否存在断股故障。

三、故障诊断方法1. 综合分析：通过以上检测方法获取的数据，综合分析各种信号的变化情况，判断是否存在转子绕组断股故障。

若多种信号都显示出异常，且与转子绕组断股故障有关联，则可以初步确定故障位置。

2. 断股位置定位：通过对电机的开盖检查，可以直接观察到转子绕组是否存在明显断股现象。

同时，对转子绕组进行逐线圈或逐线头的细致观察，以进一步定位故障位置。

3. 断股原因分析：根据实际观察，结合设备运行情况和历史维护记录，综合分析转子绕组断股的可能原因。

基于粒子群优化LS-WSVM的电机断条故障诊断许允之;仝年;韩丽;胡堃【摘要】为了准确检测出鼠笼式异步电机的转子断条故障,提出一种基于粒子群优化最小二乘小波支持向量机的诊断方法.首先,利用小波包或经验模态分解法提取出电机定子电流信号的特征向量,将特征向量分为训练集和测试集.再将训练集输入粒子群优化的最小二乘小波支持向量机进行训练,用训练好的最小二乘小渡支持向量机对测试集进行分类.实验结果显示,此方法的故障诊断正确率明显高于最小二乘支持向量机的故障诊断方法.本文将小波分析和支持向量机结合使两者的优势互补,具有强大的泛化能力,为异步电机的转子断条故障诊断提出了一种新的方法.【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(043)001【总页数】6页(P52-57)【关键词】故障诊断;粒子群优化;最小二乘支持向量机;感应电机;转子断条【作者】许允之;仝年;韩丽;胡堃【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116;华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TM307.1转子断条是鼠笼式感应电机最主要的故障类别之一，大约占其总故障的10%[1-3]。

电机断条故障较难发现，特别是1根断条的时候。

若任由其发展，将会造成严重的后果。

检测电机断条故障的方法有很多。

如分析定子电流信号来检测故障；利用振动信号中的故障特征频率来检测故障；根据电机转速的波动来检测故障；分析磁场的振动规律来检测故障；分析电机断电后定子残余电压来检测故障等。

由于电机定子电流信号的采集电路简单，故障特征较明显，所以运用各种方法对定子电流进行分析来检测转子断条故障是当前研究的主要方向。

当电机发生转子断条故障时，定子电流中将产生频率为fb=(1±2ks)f1(s为转差率，f1为电网频率)的故障特征分量[2-4]。

专利名称：一种高可靠性地检测笼型异步电动机转子断条故障的方法
专利类型：发明专利
发明人：孙丽玲,许伯强
申请号：CN201210503118.7
申请日：20121130
公开号：CN103018669A
公开日：
20130403
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种高可靠性地检测笼型异步电动机转子断条故障的方法，它首先对按一定频率采集的三相定子电流信号应用派克变换、滤除其直流分量，并应用希尔伯特变换简化其频率组成；继而应用ESPRIT进行频谱分析，获得ESPRIT频谱图；最后根据ESPRIT频谱图中是否存在2分量、4分量谱峰判断转子断条故障发生与否。

本发明仅需采样时间很短的定子电流信号即可高可靠性地检测异步电动机转子断条故障，有效克服了负荷波动对检测结果的不利影响，适用于异步电动机低转差率运行情况。

因此，本发明适用于工程实际中广泛采用的大型异步电动机，具备重大的工程实用价值。

申请人：华北电力大学(保定)
地址：071003 河北省保定市永华北大街619号
国籍：CN
代理机构：石家庄冀科专利商标事务所有限公司
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笼型异步电动机转子断条故障诊断方法田慕琴;王秀秀;宋建成;吝伶艳;李传扬;张福亮【摘要】针对笼型异步电动机发生转子断条故障时,用于判定故障类型及其严重程度的定子电流信号中的边频信号容易被主频信号所淹没的问题,研究了一种基于Hilbert变换和支持向量机理论的笼型异步电动机断条故障诊断方法.首先进行了详细的理论推导,为该方法在断条故障诊断中的应用奠定了基础.然后设计并完成了一系列断条故障试验,取得了真实有效的故障数据.最后,将该方法应用于试验数据的分析与处理,结果表明Hilbert变换能有效提取到断条故障时定子电流信号中的故障特征量,而采用这些特征量训练得到的支持向量机分类模型则能在故障样本有限的前提下实现最优分类,将二者结合起来用于断条故障诊断的准确率高达98％.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2015(019)006【总页数】8页(P14-21)【关键词】笼型异步电动机;断条;Hilbert变换;支持向量机;故障诊断【作者】田慕琴;王秀秀;宋建成;吝伶艳;李传扬;张福亮【作者单位】太原理工大学煤矿装备与安全控制山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学煤矿装备与安全控制山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学煤矿装备与安全控制山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学煤矿装备与安全控制山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学煤矿装备与安全控制山西省重点实验室,山西太原030024;山西昌生电磁线有限公司,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TM343笼型异步电动机作为一种主要的驱动设备广泛地应用于各个工业领域。

因其气隙较小，对磁动势和磁拉力的不平衡比较敏感，直接起动情况下起动电流大，通常为5～7倍满载电流［1］。

在很短的起动过程中，笼型绕组将承受很高的热应力和机械应力，长期运行会导致笼条和端环疲劳断裂。

有数据显示，笼型异步电动机发生转子断条故障的概率高达10%［2］。

希尔伯特变换在牵引电机转子断条故障诊断中的应用研究曹建刚【摘要】基于希尔伯特变换分析方法,以动车组电机定子电流信号为研究对象,对定子电流信号应用希尔伯特变换后,消去定子电流中包含的直流分量,解决了转子断条故障特征分量容易被基波淹没、难以检测等问题,使故障特征分量的提取更加准确.通过仿真实验证明了希尔伯特变换法在动车组牵引电机转子断条故障诊断中应用的正确性和有效性.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2013(035)004【总页数】5页(P1-4,10)【关键词】牵引电机;故障诊断;转子断条;希尔伯特变换【作者】曹建刚【作者单位】南车四方机车车辆股份有限公司工程实验室,山东青岛266000【正文语种】中文【中图分类】TM343.31 引言牵引电机作为机车将电能转化为机械动能的核心设备之一，它的安全运行关系到整个列车的行车安全。

牵引电机在运行过程中，转子导条受到径向电磁力、旋转电磁力、离心力、热弯曲扰度力等交变应力的作用，特别是动车组起停过程中这种应力更大，加之转子制造缺陷，容易导致断条故障。

因此开展对牵引电机的故障诊断研究是非常必要的，同时也具有很大的实用价值。

目前，机车牵引电机转子断条故障检测方法主要有三种：气息磁场有限元计算、基于转向磁通的检测方法、基于定子电流的检测方法等。

有限元计算方法由于运算量大，主要用于离线检测。

基于轴向磁通的检测方法，通过判断线圈感应出的电压信号来诊断有无断条故障，但由于内外部探测线圈使用复杂和电机在工作状态下线圈磁场电压易受外界电磁干扰，因而应用受到限制。

基于定子电流信号相对于转矩和磁通等参数受外界环境影响较小，且电流传感器安装方便，因此广泛应用于CRH2型动车组。

牵引电机发生转子断条故障时，定子电流中出现（1±2s）f频率的附加电流分量（s为转差率，f为供电频率）。

早期研究只对稳态定子电流信号直接进行FFT频谱分析，根据频谱中是否存在（1±2s）f频率分量来判断转子有无断条故障。

一种负荷突变情况下异步电机转子断条故障在线检测新方法江国乾;任孝儒;何群;谢平;杜硕;任宗浩【摘要】异步电机发生转子断条故障时,其定子电流故障特征频率分量容易被电流基频淹没,加之实际工作中电机负荷突变的干扰,极大地增加了故障特征频率提取及检测的难度.为解决该问题,将解析小波和定子电流谱减法结合,提出一种有效的故障检测新方法.该方法首先利用解析小波变换来判断负荷突变点,然后通过谱减法来消除定子电流频谱中的基频分量,突出故障特征频率,进一步定义故障程度因子来量化转子断条故障程度.仿真和实验分析结果表明,该方法对于负荷突变情况下转子断条故障特征频率更加敏感,能够定量地描述转子故障程度.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】5页(P720-724)【关键词】计量学;转子断条;负荷突变;定子电流信号;谱减法;解析小波变换【作者】江国乾;任孝儒;何群;谢平;杜硕;任宗浩【作者单位】燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TB9731 引言转子断条故障是鼠笼异步电机最常见故障之一，该故障的早期检测及诊断，对于避免重大事故、提高经济效益意义重大[1]。

常用转子断条故障检测方法有振动频谱分析[2]、轴向漏磁通检测[3]、转矩监测[4]、电流信号分析法(motor current signature analysis，MCSA)[5]等，其中，定子电流分析法由于其采集方便，且是非侵入式一次信号采集方式，因此被广泛使用。

短时数据下利用双HTLS参数估计的异步电机转子断条故障诊断王臻;李承;陈旭;李惠章;王蕾【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2017(37)1【摘要】Since the spectral resolution of traditional Fourier analysis algorithm is limited by the data length,the double HTLS (Hankel Total Least Squares) algorithm is applied to diagnose the broken rotor bar fault based on the short-time data of induction motor is proposed.The shifi-invariance of left singular sub-matrix of Hankel matrix in HTLS algorithm is utilized to accurately estimate the fundamental parameters of amplitude,frequency and phase,which are used to construct the fundamental harmonic expression.The fundamental harmonic is removed from the original stator current to obtain the residual current.In order to effectively suppress the noise,HTLS algorithm is utilized again to estimate the residual current parameters for recognizing the fault component parameters.Experimental verifications are carried out for different quan tities of broken rotor bar,which indicate the double HTLS algorithm has high accuracy and high robustness,suitable for the broken rotor bar diagnosis based on short-time data with noise background.%传统基于傅里叶分析的算法,其频谱分辨率受限于数据长度,对此,提出一种在短时数据下利用双HTLS算法进行异步电机转子断条故障诊断的方法.利用HTLS算法中的Hankel矩阵左奇异子矩阵的平移不变性质,准确估算出基波幅值、频率、相位参数;然后利用基波参数构造基波表达式,将其从定子电流原始信号中剔除,从而得到残余电流;对残余电流再次进行HTLS参数估计,辨识出故障成分的参数,并有效抑制噪声的影响.对不同数量的转子断条故障进行实验验证,结果表明双HTLS算法具有高鲁棒性的优点,且适用于噪声背景及短时数据下的转子断条故障检测.【总页数】5页(P182-186)【作者】王臻;李承;陈旭;李惠章;王蕾【作者单位】华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TM307【相关文献】1.萤火虫-粒子群优化神经网络的异步电机转子断条故障诊断 [J], 乔维德2.一种变频供电笼型异步电机转子断条故障诊断的时频分析法 [J], 陈庆;刘振兴3.异步电机转子断条故障诊断研究 [J], 荆双喜;赵行宇;郭松涛;王志阳4.基于短时分数阶傅里叶变换的异步电机转子断条故障诊断 [J], 宋秀;尉宇5.基于旋转滤波-矩阵束的异步电机转子断条故障诊断 [J], LIN Zhifang因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。