小波包算法断条故障诊断中的应用概要.docx

小波包算法断条故障诊断中的应用概要.docx

《小波包算法断条故障诊断中的应用概要.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小波包算法断条故障诊断中的应用概要.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

小波包算法断条故障诊断中的应用概要

技术实践

小波包算法在电动机转子断条故障诊断中的应用

3

李涛1

马庆林2

王新1

（1.河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作454000;2.中国矿业大学信电学院,江苏徐州221008

摘　要:

　采用改进的小波包算法提取故障特征,提出了一种基于频带能量的故障诊断方法。

该方

法能快速准确地检测转子断条故障。

关键词:

　鼠笼式异步电动机;小波包算法;频带能量

中图分类号:

TM343+

.3　　　文献标识码:

B　　　文章编号:

1001-0874（200904-0081-03

ApplicationofWaveletPacketAlgorithminFaultDiagnosisof

MotorwithBrokenRotor2bars

LITao1

MAQing2lin2

WANGXin

1

（1.SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,China;

2.SchoolofInformationandElectricalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008,China

Abstract:

　Adoptsthewaveletpacketalgorithmforfaultfeatureextractionandproposedadiagnosismethodbasedonbandenergy.Thismethodisabletoquicklyandaccuratelydetecttheexistingbrokenrotor2bars.Keywords:

　squirrel2cageasynchronousmotor;waveletpacketalgorithm;bandenergy

3河南省重点科技攻关资助项目（编号:

072102240006;河南省高校科技创新人才支持计划项目（编号:

2008HASTIT022;

1　概述转子断条是笼型异步电动机常见故障之一。

自适应滤波和希尔伯特变换法是目前异步电动机转子断条在线检测最具代表性的方法。

但是当负荷波动较大时无法取得满意的结果。

模糊逻辑理论和网络动态联想记忆方法建立在对故障信号的Fourier变换基础上,只反映故障特征信号的低频部分,影响故障诊断的准确性。

采用小波分析进行诊断,只对低频部分进行逐层分解;而采用小波包分析,同时也可

对高频部分进行分解,比小波分析更精细[1~7]

。

转子断条时定子电流在各个频段的信号能量值,综合了信号在时频域所包含的全部故障信息。

本文采用改进的小波包算法,以各频段的能量特征值作为判据,来对断条故障进行诊断。

2　改进的小波包算法

[8、9]

为了提高信息处理的实时性,减小计算量和节省存储空间,改进的小波包算法,将信号和滤波器分为奇偶2个序列分别计算,再把2个滤波器的输出结果延迟相加得进一步小波变换的结果,算法分解如图1所示。

以偶指标为例,H（z滤波器仅取输出结果偶指标的数值,奇指标的值不计算。

同理,小波滤波器G（z只处理输出结果奇指标的数值

。

图1　分解流程图

　　经理论推算和实验仿真可知,采用此算法对数

据小波包分解时,参与分解的小波包子空间总数与

・

18・2009年第4期

煤　矿　机　电　

完全小波包分解一样,总的运算时间约减少一半,分解结果所占的储存空间约减少一半。

从而提高了提

取信号故障特征的实时性,也节省了存储空间。

3　实验设计及数据采集

实验采用功率3kW、转速1430r/min、额定电流6.32A的TYPE10024型鼠笼式异步电动机两台,一台正常,另一台的转子有一根断条。

由工频50Hz电源供电,采样频率640Hz,采样点数1024,分别在同样负载条件下测量电机定子电流。

转子断条故障诊断系统框图如图2

。

图2　转子断条故障诊断系统框图

　　采用KA250A/P型磁平衡式电流传感器和虚拟

综合测试仪TiePieSCOPE2HS801采集数据。

正常电机和故障电机的定子电流信号及其对应的频谱图（图3、4相差不大。

但故障电机,定子电流中含有非平稳信号,虽然很弱,但其变化率往往很大,本文先对定子电流进行微分,然后再用改进小波包算法进行分析。

提高了故障诊断的准确性和快速性。

a

定子电流波形

b字子电流频谱图

图3　

电机正常时定子电流及其频谱图

a

定子电流波形

b字子电流频谱图

图4　电机故障时定子电流及其频谱图

3　故障诊断方法与分析

本文采用基于“小波包分析2频带能量2故障”的

故障诊断模式,步骤如下:

（1对实测的定子电流信号进行微分预处理。

（2用db4小波基运用改进小波包算法进行4层分解,其小波包分解结构如图5所示。

得到各个结点所代表的小波系数,每个结点都代表一定的信号特征。

Si,j表示第i层的第j个结点,其中i=0,1,...,4;j=0,1,（15

。

图5　db4小波包4层分解结构图

　　（3对小波包分解系数进行重构,得到各频段上的重构信号。

（4求各频带信号的能量。

设S4,j对应的能量为E4,j（j=0,1,…15,则有:

E4,j=

∫

|S4,j|2

dt=

∑1024

k=1

|

xj,k（t|

2

式中,xj,k（j=0,1,…15;k=0,1…1024表示重构信号S4,j在隔离点上的幅值。

（5对各频带能量进行统计平均,结果如表1、表2所示。

表1　正常电机各频带能量

S4,0

S4,1

S4,2

S4,3

S4,4

S4,5

S4,6

S4,7

0.13

0.20

2.15

0.25

0.42

0.52

0.36

0.27

S4,8

S4,9

S4,10

S4,11

S4,12

S4,13

S4,14

S4,15

0.120.260.280.450.390.420.350.22

表2　断条故障电机各频带能量

S4,0

S4,1

S4,2

S4,3

S4,4

S4,5

S4,6

S4,7

0.14

0.24

4.18

0.27

0.39

0.50

0.37

0.45

S4,8

S4,9

S4,10

S4,11

S4,12

S4,13

S4,14

S4,15

0.200.430.380.490.690.400.250.18

・

28・　煤　

矿　机　电　

2009年第4期　　　　

　　可看出电机发生转子断条故障时,结点S

4,2

所对应的频带能量约为正常时的2倍,在基频附近频

带能量明显增大。

S

4,7

…S4,12的频带范围内能量也有所增大,该频段所对应的是电流3、5谐波所在频率范围,所以可知电机发生断条故障时会产生3、5次谐波。

经多次实验可知:

依据该故障诊断模式可以快速准确地判断出电机转子断条故障。

参考文献:

[1]　盛兆顺,尹琦岭.设备状态监测与故障诊断技术及应用[M].

北京:

化学工业出版社,2008.

[2]　姜建国,汪庆生.用自适应方法提取鼠笼式异步电动机转子断

条的特征分量[J].电工技术学报,1996（4.

[3]　邱阿瑞.提取感应电动机转子故障特征的新方法[J].清华大

学学报,1997,37（1.

[4]　DengX.RithchieE,JokinenT.Animprovedknowledgebaseofa

fuzzylogicsystemforaninductionmotorwithrotorfaults[C].Pro2ceedingsofCICEM’95,Hangzhou,China,1995.

[5]　CaoZ,RitchieE,Rotorfaultdiagnosisofinductionmotorbasedon

adynmaicassociativememoryofchaoticneuralnetwork[C],Pro2

ceedingsofICEM’2000,Helsinki,Finland,2000.

[6]　许伯强,李和明,孙丽玲.基于小波包分析的笼型异步电动机

转子断条在线检测方法[J].中小型电机,2001,28（6.

[7]　孙延奎.小波分析及其应用[M].北京:

机械工业出版社,

2005.

[8]　任震,张征平,黄雯莹,等基于小波包算法的电机故障信号的

压缩和重构[J].中国电机工程学报,2001,21（1.

[9]　王新,黄建.基于小波包的故障特征信号提取的研究[J].电子

器件,2007,3（3.

作者简介:

李涛（1983-,男,在读硕士研究生。

研究方向为信号处理与故障诊断。

（收稿日期:

2009-03-09;责任编辑:

陶驰东

电缆的检修维护和故障判定方法

马桂荣,李桂兰

（平顶山工业职业技术学院,河南平顶山467001

摘　要:

　详细分析了电缆故障的原因,总结了电缆故障的判定方法,以供使用与维护人员为确保供电安全、可靠作参考。

关键词:

　矿用电缆;故障;判定方法

中图分类号:

TD611　　　文献标识码:

B　　　文章编号:

1001-0874（200904-0083-04

MethodsofoverhaulingmaintenanceandFaultDecisionofCable

MAGui2rong,LIGui2lan

（PingdingshanIndustrialCollegeofTechnology,Pingdingshan467001,China

Abstract:

　Thereasonsofcablefaultareanalyzeddetailedly,thedecisionmethodsofcablefaultaresummarizedtoprovidethereferencesfortheoperatorandmaintenancestafftoensuresafeandreliablepowersupply.

Keywords:

　miningcable;fault;decisionmethod

1　概述

电缆是输送电能的主要设备,煤矿中常用的电缆有铠装电缆,橡套电缆,塑料电缆,屏蔽电缆。

由于井下潮湿、巷道狭小、并时有落顶和岩石塌陷等现象发生,为了保证供电可靠与安全,必须对电缆进行经常检查,以保证电缆的安全运行。

检查电缆的方法通常采用外部检查和试验检查两种,外部检查时主要着重于以下几个方面:

①电缆各部分有无机械损伤;②电缆终端头的接地线接触是否良好,钢铠有无锈蚀现象;③铜接线耳与所连设备的接触是否良好,有无发热及脱焊现象。

终端头的绝缘是否干净,绝缘有无过热及烧焦的情形,端头处的绑线外敷绝缘是否良好;④终端头有无漏油现象;⑤电缆胶是否碎裂;⑥终端头内部绝缘胶有无结晶现象。

・

3

8

・

2009年第4期煤　矿　机　电