[发明专利]一种基于小波包能量分析的电机故障检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于小波包能量分析的电机故障检测方法及系统，其通过实时采集待识别诊断电机在预设时间间隔内的定子电流信号和振动信号，通过小波包能量分析方法对采集的定子电流信号、径向电磁力信号和不平衡磁拉力信号进行小波包频带分解，获得不同小波包频带节点下对应的能量分布，并与正常电机信号所对应的能量分布进行比较，利用各频段信号能量的变化来诊断电机故障，根据正常信号与故障信号在不同频段信号能量分布的不同，对能量相差悬殊的频段，即可确定为故障特征信号所在的频段位置，进一步对能量异常的信号频率段进行小波包信号重构，通过傅里叶变换识别故障特征频率，诊断电机故障是否发生。

技术领域

本发明属于电机故障识别技术领域，更具体地，涉及一种基于小波包能量 分析的电机故障检测方法及系统。

背景技术

异步电机是一种交流电机，也称感应电机，主要作电动机使用。当异步电 机定子绕组通入三相对称交流电源后，定子绕组中将流过三相对称电流，气隙 中将建立基波旋转磁动势，从而产生基波旋转磁场。转子绕组导体切割旋转磁 场产生感应电势，并在转子绕组中产生相应的电流。转子电流与气隙中的旋转 磁场相互作用产生电磁转矩，从而驱动转子旋转。由电磁转矩产生原理可知， 当异步电机作电动运行时，其转速一定低于磁场的同步转速。

异步电机具有结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用，具 有较高工作效率和较好工作特性等显著优点，被广泛应用于冶金、煤炭、矿山、 机械和油田等各个工业生产领域，其中，笼型异步电机的数量占整个异步电机 总量的85％左右。转子断条、气隙偏心、定子匝间短路以及轴承故障是笼型异 步电机的常见故障，其中转子断条故障是由于转子导条在电机负载过重或频繁 启动、制动时，承受机械应力、电磁应力、离心力、热应力等交变应力的作用 过大，加之转子自身存在一些固有缺陷，都有可能导致电机出现断条和端环开 裂等故障。气隙偏心故障是由于轴承疲劳、电机制造和安装误差以及其他机械 原因引起，在偏心故障中，定子轴、转子轴以及电机旋转轴的一致性受到破坏。 静偏心故障主要是由定子铁芯内径的椭圆度偏差或电机装配不正确造成的，其 偏心位置在空间上是固定的，转子在旋转过程中最大气隙和最小气隙与转子位 置无关；动偏心故障主要是由轴承磨损、轴承弯曲、临界转速时机械共振以及 较大静偏心引起的，动偏心的偏心位置与转子位置有关；混合偏心故障中同时 存在静偏心和动偏心故障，此时电机的旋转中心既不在定子的几何中心，也不 在转子的几何中心，而是在混合偏移矢量共同作用下的旋转中心。定子匝间短 路故障往往是由于绝缘问题引起，绕组绝缘性是各类电机结构中较为薄弱的环节，发生故障的概率极高。虽然轻微的绕组绝缘破损在短期内不会对电机性能 造成较大影响，但绕组长期在较大匝间短路电流作用之下，会造成短路处局部 温度升高，周围绝缘被进一步破坏，引发更为严重的匝间短路故障。电机作为 系统的重要核心部件，其可靠性将影响整个系统的性能，一旦发生故障，容易 产生链式反应，导致整个系统瘫痪，因此对电机初期的故障诊断显得尤为重要。

在现有的电机故障检测方法中，电流信号频谱分析由于获取方便且含有丰 富的故障信息而被广泛应用。但在传统的电流频谱分析中，故障识别信号单一， 易受基波频谱泄露和负载波动的影响，故障特征分量不易提取，极易造成误判， 因此采用多种信号对电机故障进行综合诊断具有重要意义。此外传统的信号频 谱分析方法大多直接采用傅里叶变换，而傅里叶变换只能对某一特定时间段的 信号进行处理，对于时域区间上的非平稳信号、突变信号则无能为力，也不能 对信号在时域以及频域上进行多个尺度的精细处理，会带来频谱能量泄露、栅 栏效应、谱间干扰等影响，显然对于电机故障特征信号的处理并无优势。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于小波包 能量分析的电机故障检测方法及系统，其目的在于解决傅里叶变换不能对电机 故障特征信号同时进行时频局部化分析的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于小波包能量分 析的电机故障检测方法，包括如下步骤：