小波包算法断条故障诊断中的应用

1、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:T M343+.3文献标识码:B 文章编号:1001-0874(200904-0081-03App li ca ti o n ofW ave l e t Packe t Al go rithm i n Fault D i agno sis o

2、fMo t o r w ith B r oken Ro t o r 2ba rsL I Tao 1,MA Q ing 2lin 2,WAN G X in1(1.School of Electrical Engineering and Aut omati on,Henan Polytechnic University,J iaozuo 454000,China;2.School of I nfor mati on and Electrical Engineering,China University of M ining and Technol ogy,Xuzhou 221008,China A

3、b s trac t:Adop ts the wavelet packet algorith m f or fault feature extracti on and p r oposed a diagnosis method based on band energy .This method is able t o quickly and accurately detect the existing br oken r ot or 2bars .Keywo rd s:squirrel 2cage asynchr onous mot or;wavelet packet algorithm;ba

4、nd energy3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:2008HASTI T022;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17。转子断条时定子电流在各个频段的信号能量值

5、,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182009年第4期煤矿机电完全小波包分解

6、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3k W 、转速1430r/m in 、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K A 250A /P 型磁平衡式电流传感器和虚拟综合测试仪TiePieSCOPE 2HS801采集数据。正常电机和故障电机的定子电流信号及其对

7、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。S i,j

8、 表示第i 层的第j 个结点,其中i =0,1,.,4;j =0,1, (15 。图5db4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S 4,j 对应的能量为E 4,j (j =0,1,15,则有:E 4,j =|S 4,j |2d t =1024k =1|x j ,k (t |2式中,x j ,k (j =0,1,15;k =0,11024表示重构信号S 4,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S 4,0S 4,1S 4,2S 4,3S 4,4S 4,5S 4,6S 4,70

9、.130.202.150.250.420.520.360.27S 4,8S 4,9S 4,10S 4,11S 4,12S 4,13S 4,14S 4,15表2断条故障电机各频带能量S 4,0S 4,1S 4,2S 4,3S 4,4S 4,5S 4,6S 4,70.140.244.180.270.390.500.370.45S 4,8S 4,9S 4,10S 4,11S 4,12S 4,13S 4,14S 4,1528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S4,2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。S4,7,S4,12的频带范围内能量也有所增大,该频

10、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(1.4Deng X.R ithchie E,Jokinen T.An i m p r oved knowledge base of afuzzy l ogic syst

11、e m for an inducti on mot or with r ot or faultsC.Pr o2 ceedings of C I CE M95,Hangzhou,China,1995.5Cao Z,R itchie E,Rot or fault diagnosis of inducti on mot or based ona dynmaic ass ociative me mory of chaotic neural net w orkC,Pr o2ceedings of I CE M2000,Helsinki,Finland,2000.6许伯强,李和明,孙丽玲.基于小波包分析的

12、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

13、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:T D611文献标识码:B文章编号:1001-0874(200904-0083-04Me thods of ove rhauli ng m a i ntenance and Fault Decisi o n of Cabl eMA Gui2rong,L I Gui2lan(Pingdingshan I ndustrial College of Technol ogy,Pingdingshan467001,ChinaAb s trac t:The reas ons of cable fault are anal

14、yzed detailedly,the decisi on methods of cable fault are summarized t o p r ovide the references f or the operat or and maintenance staff t o ensure safe and reliable power supp ly.Keywo rd s:m ining cable;fault;decisi on method1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