本文摘要：摘要：為了研究轉子發生故障時電機電流的變化，提取故障特征，需要對轉子故障進行實驗模擬，采集相應的電流信號。以轉子故障模擬實驗臺為基礎，進行轉子不平衡和碰磨故障的模擬實驗，并采集相應的電流信號。結合時域和頻域分析，對電流信號隨轉子運行工況變
摘要：為了研究轉子發生故障時電機電流的變化，提取故障特征，需要對轉子故障進行實驗模擬，采集相應的電流信號。以轉子故障模擬實驗臺為基礎，進行轉子不平衡和碰磨故障的模擬實驗，并采集相應的電流信號。結合時域和頻域分析，對電流信號隨轉子運行工況變化的情況進行分析，選取能夠反映轉子運行工況的特征值。
關鍵詞：電流信號;轉子碰磨;轉子不平衡;故障診斷
1引言
隨著科學技術的日益飛速發展，在工程各個領域中，電機是主要的動力源，可以看作現代化工業系統中的心臟。電機種類異樣，都是源源不斷地將電能轉化為機械能，其中，轉子系統是電機最為關鍵的部件之一，其在工作狀態中的可靠性直接決定著動力輸出的穩定性[1]。然而，電機動力輸出與其電能的消耗密切相關，電流中的波形成分可以反映出轉子的工作狀態。而鑒于日前的研究和應用，電機的振動信號和紅外監測仍是電機故障診斷的主要手段，電機振動信號的獲取主要來源于加速度傳感器，而電流信號的獲取主要來源于電流互感器，相比較而言，振動信號的獲取成本較高。而且電流原始信號中的噪聲成分較低，包含了更多的設備故障信息。總之，電機電流與扭矩的關系在不同故障下表現不同，電機電流信號特征的差異是對電機及其拖動設備故障診斷的一個新領域，近十幾年來，國內外專家學者對電流診斷電機及其拖動設備的研究取得了長足的進展。
2電流診斷指標
電機是把電能轉化為機械能的動設備，主要由定子和轉子構成，由繞組產生的旋轉磁場形成磁力轉矩，一般在定子繞組旋轉磁場的作用下，受磁場力的作用而轉動[1]。其中，三相電流相位角為120°，電磁轉矩與負載轉矩隨時間變化而變化，電機的同步轉速如式(1)所示，電機的電磁轉矩如公式(2)所示：但是對于電機的恒定負載，式(2)中D=0，K=0，然而，當電機負載轉矩有波動時，電機旋轉角速度隨之變化，電磁轉矩和電機電流也隨之波動，電流的長期變化可以反映電機的工作狀態[2]。
電流的時域波形表示電流大小隨時間變化的關系，電流信號中隱含著多種指標[2]，比如時域波形的絕對幅值、最大值、最小值、峰峰值、有效值、方差、偏度指標、標準差、峭度指標、脈沖指標、峰值指標以及波形變化等，可根據這些對電機狀態進行評估，其變化趨勢可用于電機的故障診斷。任何實際信號都是比較復雜的，含有多種不同頻率的成分。對于轉子系統的電流信號也是如此，雖然相比振動信號要簡單的多，但是也含有多種不同頻率的成分。顯然，要對信號有一個全面的分析，必須了解其多種不同頻率的成分，即信號的頻域分布情況，實現時域向頻域的轉換，這就是頻域分析。傅里葉變換是進行頻率結構分析的重要工具，它可以辨別或區分組成任意波形的一些不同頻率的正弦波和它們各自的振幅。傅里葉變換可實現時域向頻域的轉換，其逆變換可實現頻域向時域的轉換。
3轉子電流時頻域特征分析
為了研究轉子故障時對電機電流的影響，利用轉子試驗臺對轉子碰磨和不平衡故障進行模擬[3]。利用電流鉗和示波器監測并采集電流，碰磨利用金屬異物觸碰轉子，轉子不平衡在轉子上增減螺栓，對電流信號采集分析，采樣頻率為10000Hz，采集點為1000個。轉子正常時，電機運行穩定后，電機轉子三相電流頻域如圖2所示，時域波形較規整，毛刺少。時域指標中的絕對幅值、最大值、最小值、峰峰值、有效值、方差、標準差、峭度、峰值指標、脈沖指標、裕度指標等特征值，頻域成分以工頻50Hz為主，諧波成分單純，幾乎沒有其他成分。以轉子正常時的工況下的指標為準，與轉子碰磨故障和不平衡故障的時域指標對比分析[4]。轉子發生碰磨故障時，時域指標中的絕對幅值、最大值、最小值、峰峰值、有效值、方差、標準差和裕度指標均有不同幅度的增加，而峭度、峰值指標、脈沖指標變化不明顯。
時域波形出現較小波動，波形圖中的毛刺增多，相比正常時的波形圖有輕微削波現象，而頻域成分相比正常情況下的幾乎無變化，低次諧波成分與轉子正常時有輕微變化，可見，轉子發生碰磨時電機的負載轉矩發生波動對電機電流有影響。轉子發生不平衡故障時，時域指標中的絕對幅值、最大值、最小值、峰峰值、有效值、方差、標準差與轉子碰磨故障時相似均有不同幅度的增加，而峭度、峰值指標、裕度指標、脈沖指標變化不明顯，時域波形出現明顯波動，波形圖中的毛刺增多，B相電流波形圖出現不規則的波動，相比正常時的波形圖有明顯削波現象，頻域成分相比正常情況下的變化也較明顯，頻域成分以50Hz為主，低次諧波成分與轉子正常時有輕微變化，而50Hz出現不同幅度的邊頻，可見，轉子發生不平衡時電機的負載轉矩發生波動對電機電流有影響。
4結論
通過對轉子試驗臺電機三相電流信號的分析相關特征值隨轉子運行工況的變化情況，提取出了11個電流特征，進一步探索了當轉子系統發生碰磨和不平衡故障時電流信號會隨之發生相應的變化，得到了轉子正常和故障時的電流時頻譜特征[3]，為利用電流信號相關指標的變化進行轉子故障診斷提供了有效依據，也為類似轉子試驗臺的設備故障診斷提供了參考。
參考文獻：
[1]李峰，龐新宇，楊兆建.基于電機電流分析的齒輪斷齒和磨損故障診斷[J].科學技術與工程，2018，18(10)：48-52.
[2]井云飛，鞏曉贊，張偉業.基于振動與電流的感應電機軸承故障診斷系統[J].設備管理與維護，2018(7)：5.
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