第37卷第6期2005年6月哈尔滨工业大学学报JOURNALOFHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYVol137No16June,2005永磁直流电机故障诊断中电流信号分析与处理刘曼兰1,2,呼向东2,崔淑梅2(1.哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001,E2mail:lan-p@sina;2.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江哈尔滨150001摘要:在分析永磁直流电动机空载电枢电流特征的基础上,综合利用傅里叶分析、小波分析和数理统计等多种信号处理手段从永磁直流电机的启动电枢电流和稳态电枢电流信号中提取电机的故障特征并对其进行了故障机理分析.实验提取的故障特征与理论分析的一致性表明,永磁直流电机电枢电流中包含了稳态电流的平均值iav、稳态电流标准差istd、电流脉动频率fw、起动电流峰值im、峰值点电流变化率k等5个主要故障特征,将这5个量确立为故障诊断的特征参数是可行的.关键词:永磁电机;电流分析;信号处理;故障诊断:TP307文献标识码:A:0367-6234(200506-0836-03Currentsgnalanalysisandprocessusedinfaultdiagnosisofpermanent-magneticDCmotorLIUMan2lan,HUXiang2dong,CUIShu2mei(1.SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China,E2mail:lan-p@sina;2.SchoolofElectricEngineeringandAutomation,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,ChinaAbstract:Faultfeatureshavebeenextractedfromthearmaturecurrentbyseveralsignalsprocessingmeansin2cludingFourieranalysis,waveletanalysisandstatisticalmethodsafteranalyzingthearmaturecurrentcharac2teristicsofthelowpowerpermanent-magnetic,andthenthefaultsmechanismwasanalyzed.Theconsistencybetweentheresultsofexperimentationandthetheoreticalanalysisshowsthatthemainfaultfeaturesarein2cludedinthearmaturecurrentdescribedasthefollowing:averagestaticcurrentiav,standarddeviationistd,thefrequencyofstaticcurrentfw,thepeakvalueimofstartingcurrentandtheslopekofvicinalpeakvaluepoint.Soitisfeasibletotakethesefiveparametersabove-mentionedascharacteristicparametersforfailurediagnosis.Keywords:permanent-magneticmotor;currentanalysis;signalprocessing;faultdiagnosis收稿日期:2004-06-10.作者简介:刘曼兰(1971-,女,博士研究生;崔淑梅(1964-,女,教授,博士生导师.电机故障特征提取的常用方法中.直接观察和测量法[1]多用于传统的电机故障诊断中,无法满足现代电机生产厂家大批量生产的要求;参数估计法[2]的难点是需要建立电机的精确的动态模型,还需要通过该模型准确辨识出电机的电磁参数,导致各种故障之间的故障特征不明;基于信号处理方法[3,4]回避了抽取研究对象数学模型的难点,在故障诊断方法的应用日趋广泛.大量故障电机的实验研究发现:小功率永磁直流电动机发生故障时,在其启动电流和稳态电流中会有所呈现[5].本文从分析永磁直流电动机电枢电流的特征入手[6],综合利用快速傅里叶分析(FFT、小波分析和数理统计等多种信号处理手段从永磁直流电机的启动电枢电流和稳态电枢电流信号中提取出电机的故障特征,并运用该方法对实际电机进行了故障特征实验提取与理论分析.结果表明:本方法能够准确地提取小功率永磁直流电动机的生产线上几种典型故障的故障特征.1永磁直流电机电枢电流信号分析永磁直流电动机电枢电流的瞬态响应为ia(t=URae-tTM+1-e-tTMIa.式中:U、ia、Ra分别为电枢电压、电流、电阻;TM为电机的机电时间常数,且TM=JRa/C2(C为电机常数,J是电动机转子和同轴联接机构的转动惯量;Ia为永磁直流电动机电枢电流的稳态值,空载时Ia接近于零.本文研究永磁直流电动机的空载电枢电流,则上式可进一步简化为ia(t≈URe-tTM.(1111起动电流分析由式(1可知,起动电流下降的快慢与机电时间常数TM有关,TM越大,电流下降越快.而TM又是由电机转动惯量J、电阻R和电机常数C所决定的.电机发生故障时,这些电磁参数必然会发生将在电机的起动电流中反映出来的变化.另外,由于换向的存在,无论是在稳态还是动态,永磁直流电动机的电流都存在脉动.随着电机转速的提高,脉动的频率和幅度都随电机转速...