方俊++周偉

摘 要 利用三相改進型相關(guān)算法提取定子三相電流的基波信息，結(jié)合電機先天不平衡因素對電機故障的影響，電機故障進行檢測在噪聲和大量諧波同時存在的情況下進行，依據(jù)直角坐標系合成矢量幅值，提出電機定子電流負序分量轉(zhuǎn)化為直流分量算法，能得到準確的計算結(jié)果。實驗結(jié)果表明，檢測算法切實可行，工程應用時準確、簡單可靠，便于硬件實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】定子逆序 故障檢測 電機 同步速變換

電機的定子繞組匝間短路故障檢測中，得到正交坐標系下的合成矢量，通過均值濾波法濾除基波分量中的正序分量，負序分量轉(zhuǎn)換成直流分量，電流基波分量中正序分量轉(zhuǎn)換成二倍頻的交流分量采用逆序同步坐標變換實現(xiàn)，提取出定子電流信號的基波分量，改進相關(guān)算法來檢測電機定子繞組匝間短路故障的思路，噪聲嚴重影響了定子早期故障診斷結(jié)果，針對電流信號中存在大量諧波，采集電機的三相定子電流，利用三相改進型相關(guān)算法濾除噪聲和高次諧波的影響。

1 異步電機定子匝間故障檢測

1.1 三相改進型算法定子匝間故障檢測

假設(shè)電機三相定子電流信號xA（t）、xB（t）和xC（t）分別為：

公式（1）、公式（2）和公式（3）中，被測三相定子電流信號中的高次諧波及其它噪聲合成分量為NA（t）、NB（t）和NC（t），三相基波分量相位信息為φA、φB和φC，三相基波分量幅值信息為IAFM、IBFM和ICFM。

測異步電動機的額定電流IN作為參考信號的有效信息初步選定，基波分量同頻的參考信號，構(gòu)造與被測異步電動機定子電壓信號，其具體參考信號為：

1.2 逆序同步速變換定子故障檢測應用

直流數(shù)據(jù)量提取和濾除數(shù)字信號處理相對比較容易實現(xiàn)，為故障的檢測提供了一種新的思路，提取電機故障時的故障特征分量，電機故障的檢測和診斷中引入了逆序同步速坐標轉(zhuǎn)換。有效的減少采用均值濾波算法時帶來的誤差，采用整周期采樣，得到表征定子繞組匝間短路的故障特征分量。本設(shè)計算法主要用于檢測異步籠型電機的定子繞組匝間短路故障，進行故障分析的數(shù)據(jù)采集，采用均值濾波方法濾除基波分量中的正序分量，得到變換到逆序坐標系下的特征表達式，提取的基波分量與逆序同步坐標變換矩陣相互運算，改進型相關(guān)算法從定子電流檢測，同步坐標變換的矩陣表達式如下。

公式（5）中θ為繞組軸線的夾角，定子與直軸分量軸線同步坐標變換時產(chǎn)生。此時，θ=ωt+θ0，其中，供電電源角頻率是ω，θ0為t=0時刻初始夾角。電機正常工作時，針對故障特征量的影響，克服了電機本身不對稱時靈敏度因子為零的情況，計算得出合成矢量相同。電機匝間短路嚴重情況出現(xiàn)時，計算靈敏度因子也隨著增加，負序電流故障程度增加呈上升趨勢，定子電流負序分量所占的比重就越大。所以，故障檢測算法能正確反應電機定子繞組的匝間短路嚴重程度。

2 定子繞組匝間故障診斷實驗結(jié)果及分析

2.1 實驗結(jié)果

針對電機正常、六匝短路故障兩種情況下進行實驗測試，實驗測試電機主要參數(shù)設(shè)置為額定轉(zhuǎn)速1400r/min，額定頻率50Hz，額定功率1.1kW，額定電流2.8A，額定電壓380V。三相電流無故障基波信號如圖1所示，三相電流六匝短路故障基波信號如圖2所示。

2.2 實驗分析

采用逆序同步坐標變換提取基波信號，電機正常、六匝短路故障情況下，計算靈敏度因子、合成負序分量、交軸負序分量、直軸負序分量、相基波分量的相位和相基波分量的有效值結(jié)果如表1所示。

表1采用Matlab構(gòu)造三相定子電流波形，準確反映出電機故障的那個兩個關(guān)鍵數(shù)據(jù)采樣參數(shù)，采樣頻率處于低位時值減少。針對這個問題，采樣頻率設(shè)定為3.2kHz，仿真參數(shù)的數(shù)據(jù)長度給出了故障檢測算法解決思路。仿真實驗原始數(shù)據(jù)三相定子電流，驗證電機定子繞組發(fā)生六匝短路故障時的實驗數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

通過仿真實驗結(jié)果可知，驗證均值濾波算法和逆序坐標變換的準確性，采用均值濾波法精確濾除正序分量計算數(shù)值，基波分量中的正序分量轉(zhuǎn)化為兩倍工頻的交流分量，提取基波分量進行逆序同步坐標變換改進型相關(guān)算法，電機定子繞組匝間短路故障的嚴重程度得到了深刻的體現(xiàn)，選取的靈敏因子能夠切實可行的實現(xiàn)負載相同情況下靈敏度因子呈上升趨勢，定子繞組匝間短路故障程度檢測算法可靠性增增加。

參考文獻

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作者簡介

方俊，男，河南省南陽市人。大學本科學歷。初級工程師?，F(xiàn)為六安市微特電機有限責任公司技術(shù)部副部長。研究方向為機械設(shè)計與制造（電動機結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝工裝、模具設(shè)計）。

作者單位

六安市微特電機有限責任公司技術(shù)部 安徽省六安市 237000