【正文】 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書電動機斷條故障理論分析畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 1 引言 2 電動機轉子斷條故障的現(xiàn)狀與課題意義 3 本文的主要研究方法法與研究內容第二章 電動機的結構與工作原理 電動機結構及原理分析 組成結構 轉子的結構、定子的結構 電動機工作原理分析 電動機斷條故障的原理 第三章 快速傅里葉變換與MATLAB實現(xiàn) MATLAB簡介 快速傅里葉變換的數(shù)字實驗 本章小結第四章 自適應陷波器原理 原理分析 基于LMS算法的MATLAB實現(xiàn) 用MATLAB程序實現(xiàn)LMS算法 本章小結第五章 電動機斷條故障理論分析 電動機斷條故障理論分析 理論仿真波形與分析 本章小結參考文獻附錄致謝第一章 緒論本章主要介紹的是：引言、異步電動機轉子斷條故障診斷方法的研究現(xiàn)狀與研究意義和本文的主要研究方法與主要所做的工作。1 引言據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國運行的電動機數(shù)量超過6000萬臺，占電網用電量的70%以上，是工農業(yè)生產中應用最為廣泛的動力設備。全國每年燒毀電動機數(shù)量約300萬臺，容量在10億kW以上。每年僅電動機在燒毀過程中就耗電數(shù)億萬度，修理費高達數(shù)100億元。由于電動機故障造成停工停產損失更是難以估計。由于開發(fā)先進可靠的電動機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，具有極其廣闊的應用前景。在當代社會中，電動機已成為工農業(yè)生產中的主要傳動機械。隨著現(xiàn)代科學技術的進步和生產的發(fā)展，電動機的容量不斷增大，由它所組成的系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，構成也越來越復雜。然而由于工作環(huán)境的復雜，或者電動機頻繁啟動等原因，電動機轉子斷條故障等時有發(fā)生，故對其可靠性要求也越來越高。傳統(tǒng)的電動機故障診斷方法，需要建立精確的數(shù)學模型、有效的狀態(tài)估計或參數(shù)估計、適當?shù)慕y(tǒng)計決策方法等。這些前提條件使得傳統(tǒng)的電動機故障診斷具有相當?shù)木窒扌浴ａ槍鹘y(tǒng)檢測方法的以上缺陷，有必要對電動機轉子工作情況進行更先進及時的監(jiān)測，以防造成重大損失。大容量的籠型異步電動機廣泛應用在電力系統(tǒng)中，如發(fā)電廠的給水泵、送風機、送粉機、磨煤機等。當電動機轉子發(fā)生導條或端環(huán)斷裂時(簡稱斷條)早期故障后，斷條可能會逐漸伸出轉子槽外，并導致轉子斷條刮壞定子繞組絕緣的故障，造成嚴重的經濟損失。2 電動機轉子斷條故障診斷的現(xiàn)狀與課題意義電動機轉子斷條故障診斷的準確及時對保證生產安全平穩(wěn)、避免人員、財產的巨大損失具有重要的意義。近年來，針對電動機轉子斷條故障診斷的方法不斷出現(xiàn)：神經網絡、D2S證據(jù)理論、融合技術都在這一領域得到應用。由于故障電動機單一信號中諧波成分比較復雜，對于重要場合的電動機采用多個監(jiān)測量的綜合診斷和多種診斷方法的綜合運用是未來的一個發(fā)展趨勢。隨著現(xiàn)代科學技術的進步和生產的不斷發(fā)展，電機在生產中發(fā)揮著越來越重要的作用。電機故障不僅會損壞電機本身，而且會影響整個系統(tǒng)的正常工作，甚至危機人身安全，造成巨大的經濟損失。通過對常見故障的診斷和分析，可以及早發(fā)現(xiàn)故障和預防故障的進一步惡化，減少突發(fā)事故造成的停產損失，并為實現(xiàn)狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件。電機發(fā)生故障，故障信號中往往含有大量的時變、短時沖擊、突發(fā)性質的成分，傳統(tǒng)的信號分析方法如Fourier變換無能為力，不能有效地提取出電機的故障特征。在電機測試領域，當測試信號為非平穩(wěn)信號時，應用Fourier變換也不能得到有效的分析結果。小波變換作為一種時頻分析方法，它在時頻域都具有表征信號局部特征的能力，能通過時頻窗靈活變換并突出信號的不同頻率成分?？紤]到小波變換處理非平穩(wěn)信號的優(yōu)越性，本文研究如何將小波變換應用于電機故障診斷和電機測試中。本論文主要做了一下工作國內外學者在異步電動機的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領域做了大量的工作，提出了各種監(jiān)測與診斷方法。電動機轉子斷條故障的幾種診斷方法有一下幾種：【1】 基于定子電流分析的故障診斷方法【2】 基于氣隙轉矩的分析方法：當電動機轉子出現(xiàn)斷條故障時，轉子旋轉磁場可分解為正、負序分量。正序分量和正常時的情況一樣，與電動機定子磁場相互形成一恒值轉矩；負序磁場和定子旋轉作用將會形成一諧波轉矩，其頻率為，這樣就避免了工頻的頻譜泄露淹沒故障特征分量。但由于測試裝置帶來的誤差，采集到的電動機電壓、電流中含有微弱的波動成分，這些波動成分對磁鏈數(shù)值的影響很大，造成電動機轉矩強烈的波動，從而導致該方法的優(yōu)越性大減?！?】 基于電動機失電定子殘余電壓的分析方法：這種方法的突出優(yōu)點在于—對電動機進行故障診斷不受電源不完善的影響，且它是從電動機本身進行測試，不受負載的影響。但是，在電動機失電后，轉子電流會很快衰減，故它對失電殘壓的影響也很快減小，這便給失電殘壓的信號檢測帶來影響?！?】 基于定子電流的Hilbert變換：這一方法主要是通過將信號的Hilbert變換定義到復平面上（Hilbert模式），通過對比轉子正常情況和轉子斷條情況，得出定子電流信號在轉子正常情況下為一圓形，而轉子斷條情況下為一圓環(huán)形這一結論。并利用圖形縮放技術進行觀察，從而得出電動機轉子有無斷條故障的診斷結果。【5】 基于小波脊線的轉子斷條特征頻率提?。盒〔ㄗ儞Q具有自適應多尺度分頻特性，可以將多頻率分量混合信號按尺度對應的頻帶依次分離開來，分別得出相應頻率成分的幅值和相位信息。在采用小波脊線提取信號瞬時特性頻率時，選取不同的尺度迭代初值，即可以提取所需要的時頻脊線，進而給出轉子故障特征在電動機啟動過程中的變化曲線。異步電動機檢測是通過應用先進的技術手段，在線監(jiān)測異步電動機相關運行參數(shù)（如電壓、電路、磁通、轉速、溫度、振動、局部放電等），判斷其是否正常狀態(tài)，以確定合理的檢修方案，從而達到避免事故停機、提高設備運行可靠性、降低維修費用的目的。3 本文的主要研究方法法與研究內容本文的主要研究方法是通過傅立葉變換對電動機定子電流進行分析提取出故障特征分量，由于存在50Hz的工頻干擾，需經自適應陷波器，以濾除50Hz的工頻干擾，更好的提取出特征分量。對于三相鼠籠式異步電動機斷條故障診斷的方法目前有很多種，常用的有傅里葉變換方法、基于小波變換的診斷方法、溫升診斷方法、輸出功率診斷方法、Park變換方法、神經網絡診斷方法、基于自適應陷波器的診斷方法等，通過對國內、外關于鼠籠式異步電動機斷條故障診斷文獻的總結，可知目前基于小波包變換的電動機斷條故障方法最為前沿，通過以上幾種方法的比較以及本人所學知識的程度和能力的限制，本文所采用的診斷方法是傅里葉變換和自適應陷波器相結合，來提取電動機斷條的特征分量。本文的主要的研究內容如下：（1）實驗系統(tǒng)的理論性研究。在分析電動機結構、原理及斷條原理、原因的基礎上，根據(jù)斷條特征分量與基波分量的特征，對實驗信號進行了接近實際信號的模擬，并得出了理論性的波形與分析。（2）通過在對常用的傅里葉變換在信號處理中存在的局限性進行分析的基礎上，引入了自適應陷波器這一分析方法，來實現(xiàn)電動機斷條故障的診斷（即特征分量的提?。?。（3）實驗結果及其分析。在這一部分，主要針對斷條的基頻與特征分量的特征進行了實驗數(shù)據(jù)的故障診斷，通過分析診斷結果及仿真波形，得出了所用方法的可行性與可靠性。第二章 電動機的結構與工作原理1 電動機結構及原理分析 組成結構三相異步電動機的種類很多，但各類三相異步電動機的基本結構是相同的，它們都由定子和轉子這兩大基本部分組成，在定子和轉子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如下圖21所示： 圖21封閉式三相籠型異步電動機結構圖 1—軸承；2—前端蓋；3—轉軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心；7—轉子；8—定子繞組；9—機座；10—后端蓋；11—風罩；12—風扇 轉子的結構、定子的結構 ★ 轉子部分轉子是電動機的轉動部分，作用是帶動其他機械設備旋轉。轉子由轉子鐵心、轉軸和轉子繞組三部分組成。 （1）轉子鐵心，通常套在轉軸上，其作用和定子鐵心相同，即：一方面作為電動機磁路的一部分，另一方面用來安放轉子繞組。（2）轉子繞組 異步電動機的轉子繞組一般有兩種形式即：繞線形與籠形兩種，故而可將異步電動機分為繞線轉子異步電動機與籠形轉子異步電動機。 ① 繞線形繞組 它與定子繞組一樣也是一個三相繞組，通常的連接形式是星形連接，其中的三相引出線分別接到轉軸上的三個與轉軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，因此在轉子電路中串接電阻或電動勢用以改善電動機的運行性能是可行的，見圖22所示。 1—集電環(huán)；2—電刷；3—變阻器圖22繞線形轉子與外加變阻器的連接② 籠形繞組 籠型繞組的轉子如圖23所示。在轉子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導條連接起來，稱為銅排轉子，如圖（a）所示。也可用鑄鋁的方法，把轉子導條和端環(huán)風扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉子，如圖（b）所示。通常情況下100kW以下的異步電動機采用鑄鋁轉子。 （a）銅排轉子 (b) 鑄鋁轉子 圖23籠形轉子繞組★ 定子部分三相電動機的定子是用來產生旋轉磁場的。三相電動機的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等幾部分組成。（1）外殼 三相電動機的外殼包括機座、端蓋、轉承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。機座：機座一般是由鑄鐵或鑄銅澆鑄成型的，它的作用主要是保護和固定三相電動機的定子繞組。另外對于中、小型三相電動機來說，它的機座還有兩個端蓋支撐著轉子，它是三相電動機機械結構的重要組成部分。通常情況下，要求機座的外表散熱性能要好，故機座一般都鑄有散熱片。端蓋：端蓋是用鑄鐵或鑄銅成型的，其主要的作用是把轉子固定在定子內腔中心，以使轉子的旋轉能夠在定子中均勻地進行。轉承蓋：它也是鑄鐵或鑄銅