基于Hilbert模量頻譜分析的轉(zhuǎn)子斷條檢測
董濤， 程培源， 樊波， 王東旭
(空軍工程大學(xué)導(dǎo)彈學(xué)院，陜西三原713800)
摘要：針對定子電流頻譜難以突出故障特征分量的弱點(diǎn)，提出了基于Hilbert模量頻譜分析的轉(zhuǎn)子斷條檢測方法。通過對定子電流的Hibert模量作傅立葉變換，將定子電流的故障特征頻率分量轉(zhuǎn)換為低頻分量，再采用數(shù)字濾波和頻譜細(xì)化的方法準(zhǔn)確得出特征分量的幅值和頻率。仿真結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)差率很小時，該方法可以有效避免故障特征分量被基頻分量淹沒，并能準(zhǔn)確提取故障特征分量的信息。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子斷條；頻譜分析；Hilhert模量
中圖分類號：TM303 3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：167345540(2010)024-0534-04
1 轉(zhuǎn)子斷條故障機(jī)理分析
正常的籠型異步電動機(jī)的所有轉(zhuǎn)子導(dǎo)條均勻分布，當(dāng)出現(xiàn)斷條故障時，轉(zhuǎn)子電路結(jié)構(gòu)上的對稱性被破壞。定子外加三相對稱電壓時，定子三相基波電流會產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁勢F1。該磁勢建立的旋轉(zhuǎn)磁場將在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)頻率為曠的電勢和電流。當(dāng)轉(zhuǎn)子不對稱時，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的磁勢為橢圓型，可以分解成相對于轉(zhuǎn)子的正轉(zhuǎn)分量F21和反轉(zhuǎn)分量F22F21與定子磁勢F，相對靜止，F(xiàn)22相對于定子坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)速為(1—2s)ω，會在定子繞組中感應(yīng)出頻率為(1—2s)f的電流[1]�；ê�(1-2s)f頻率的電流分量可分別表示為：
式中：ω——基波角頻率；
I1——基波幅值；
α1——基波初相位；
I1-2s——(1—2S)f電流分量的幅值；
α1-2s——(1—2S)f電流分量的初相位。
不考慮故障的影響，氣隙基波磁通可表示為：
式中：φ——基波磁通幅值；
αφ——基波磁通初相位。
頻率(1—2s)f的電流分量和基波磁通相互
作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：
ΔT1-2s(t)波動，進(jìn)一步引起基波磁通的相位發(fā)生相應(yīng)的變化，如式(4)：
綜上所述，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)斷條故障時，首先在定子繞組中產(chǎn)生頻率為(1—2s)f的電流分量，該電流分量和氣隙磁場作用，產(chǎn)生以2sf對頻率波動的轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而使氣隙磁通出現(xiàn)頻率為(1±2s)f的成分，在定子繞組中感應(yīng)出同頻率的電勢和電流。可見，頻率為(1—2s)f的電流由兩部分構(gòu)成。定子電流中頻率為(1十2s)f的成分所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場將在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出頻率為3曠的電勢和電流，從而在定子繞組中感應(yīng)出頻率為(1—4s)f的電流，依此類推，定子電流中存在頻率為(I±2ks)f的電流成分。當(dāng)k=l時，故障特征頻率為(1±2s)f，其中(1一2s)廠頻率的電流為最基本的故障特征成分。因此可以通過檢測定子電流中頻率為(1—2s)f的故障特征分量來判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子有無斷條故障并分析故障程度[2]。
2基于Hilbert變換的定子電流故障
特征分量檢測
2．1 Hilbert變換原理分析
Hilbert變換是信號分析與處理中的重要工具，通過Hilben變換建立起信號f(t)傅立葉變換的幅頻和相頻、實(shí)部和虛部之間的內(nèi)在聯(lián)系[3]。
對任一連續(xù)的時間信號f(r)，其HiIben變換f(f)可以看成是f(t)通過濾波器的輸出：
Hilben變換是幅頻特性為1的全通濾波器。信號f(t)通過Hilbm變換器后，其負(fù)頻率成分做+π/2的相移，而正頻率部分做一π/2的相移。z(ω)僅包含正頻率成分，從而可以降低信號的抽樣率。
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