异步电动机滚动轴承外滚道故障诊断新方法.pdf
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1、异步电动机滚动轴承外滚道故障诊断新方法屈乐伟(大庆炼化公司电仪运行中心黑龙江大庆)摘 要 针对现有电机电流信号()诊断技术不能有效地对外滚道进行识别且在电机空、轻载工况下仍面临着难以有效识别的难题现拟研究一种利用多个转频脉宽调制成分对外滚道进行识别的新方法 并与其它以 为基础的诊断方法进行对比得出结论此方案关注的是故障对转频调制成分的影响不仅能对微小的外滚道故障进行诊断还能在感应电机的空载或轻载工况下发挥作用 关键词 异步电动机电机电流信号分析定子电流转频多调制分量:./.中图分类号:文献标识码:文章编号:()()().引言电动机具有结构简单工作可靠使用寿命长等特点在农业、商业和工业中得到了广
2、泛的应用 其中轴承故障占感应电动机故障的 左右是电动机故障中最多的一种 因此如何对电动机的初次出现的轴承故障进行诊断就显得非常关键 目前轴承的故障诊断已成为世界范围内的热门课题其核心问题是如何在时间域、频率域、时频域、深度学习相结合的基础上实现对轴承的故障诊断 振动信号的频谱分析是一种准确可靠的外滚道故障检测手段但其缺点是需设置传感器价格昂贵易损坏且在一些场合设置传感器难度较大从而制约了其广泛应用 定子电流是一种无创的检测手段近年来利用定子电流检测技术对轴承进行故障诊断已成为一种新的研究方向利用电机振动信号中存在的特征频谱分量利用 (移动信号分析)理论建立一种新的电机振动信号检测技术 通用 算
3、法一般包括以下几个步骤:()在电动机处于平稳状态下对电动机单相电流进行采集()用快速傅里叶变换法在频率域上对电机的定子电流信号进行了研究()根据故障的特征频谱分量对其进行了判断 但是由于定子电流信号在电动机的实际操作中含有多种类型的复合噪声其成因主要有:基频谱泄露、电机三相不平衡、供电电压波动、负载波动、转子内在的气隙偏心等加之轴承故障所造成的定子电流变化非常弱从而造成了信噪比极低 如何对轴承工作状态的信号特征进行高效提取以改善其信噪比是 技术研究的重点和难点针对故障的特征频率成分及其调制信号进行的在轴承小故障、电机空载和轻载等工况下都不适用 针对异步电机的特点提出了一种利用多个转频调制成分对
4、感应电机轴承进行故障诊断的新方法 首先利用改进的 函数对多个频率调制成分进行振幅分析再利用故障指标来判别轴承的故障 由于转频调制成分与基础成分在频率上存在很大差异所以无需对基础成分进行过滤只需对基础成分做一个精细的 变换即可实现故障的诊断 其基本思想是采用齿槽谐波()探测方法估算出电动机的转角频率获取多种转角频率调制成分所对应的频率利用傅里叶函数得到各成分在该范围内的频谱从而得到轴承的失效指标从而判定轴承的失效与否这种方法具有较低的计算量能对微小的轴承故障进行辨识对感应电机的空载和轻载都能起到很好的效果 轴承故障时的振动及定子电流特征分析 在异步电机中滚动轴承具有不可抗拒的优点 滚子轴承主要包
5、括外滚道内滚道在轴承中外滚道故障是最常见的一种故障形式.故障轴承振动信号的特征频率在轴承出现压痕、点蚀、剥落等局部破坏型故障时在轴承旋转过程中由于滚动体穿过轴承破坏点将会在支座上形成一种冲击脉冲这种冲击脉冲将会在支座上形成一种宽频带的冲击脉冲这种冲击脉冲必然会影响支座的频率从而产生谐振从而使支架发生碰撞震动 用滚动轴承的匀速转动这种冲击具有一定的周期特性并且在振动信号的频谱上在故障频谱上有一系列的峰值部分损坏类型的故障多见于外滚道、内滚道而感应电机用的轴承由于滚道处于静止状态内滚道处于转动状态外滚道的损伤要大于内滚道所以外滚道经常会首先发生失效 外滚道故障的固有频率是()()式中 滚动物体的个
6、数三相感应电机的旋转频率也就是转子旋转速度/用/表示滚子的直径滚子的接触角度.故障轴承定子电流信号的特征频率由于在轴承外部滚动条的特征频率 下所发生的转动偏心率使得电动机的电感会发生周期的改变从而使定子的电流中出现成分的频率为 ()式中电源的频率实际情况是在感应电机外滚道故障的情况下定子电流中会产生一组频率调制成分 此转换调频成分频率 ()另外还可以利用感应电机定子电流的频率特性对感应电机外滚道的故障进行识别 下面将说明关于转频率调制成分的产生.齿槽谐波检测由式()可以看出为了求出所述滚动轴承外滚道的所述转动频率调制成分的所述频率必须预先知道所述转动频率 而所述转动频率可以用所述齿槽的谐波检测
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