感应电机的轴承故障模拟与特征分析

【摘要】感应电机广泛应用于军事、工业生产、船舶等领域,其正常运行的意义重大。轴承故障是感应电机故障类型中发生概率最大的类型,所以本文针对感应电机的轴承故障进行研究。目前较为主流的轴承故障检测方法是定子电流特征分析法,但是由于来自电网的背景色噪声大、定子电流存在较强谐波、故障特征频率微弱等因素,因此本文对轴承故障进行模拟,放大故障特征,以便能更加准确地分析定子电流的特征规律。本文利用外加转矩振动的方式来模拟轴承故障。通过设定功率开关管的开通与关断频率,以一定的频率改变直流发电机的负载电流与转矩。根据所用电机的参数、轴承故障特征以及系统的整体结构设计：选用STC12C5A60S2单片机以及AD9850等芯片完成了开关管触发信号的产生、控制；通过人机交互界面设置和显示触发信号的频率、占空比、相位、幅值；设置了隔离、驱动电路保证控制电路不受主电路影响,并驱动开关管。最后设计了缓冲电路保护开关管。使用了电流传感器、振动传感器测量实验数据；通过NIPXIe-6356数据采集卡以及在LabVIEW软件中设计的信号采集和输出程序,完成实验数据的采集；最终在MATLAB中对数据进行时、频分析。本文完成了轴承故障模拟实验平台的设计与搭建,并进行轴承单点故障的模拟实验。通过设置不同转矩振动频率,分析定子电流信号,验证了轴承故障引起的转矩振动与定子电流间存在相位调制关系,并总结出了故障特征频率的幅值与调制指数的关系。此外,还可以通过改变开关管触发信号的占空比、幅值来模拟单点故障的宽度、深度变化,改变故障特征频率在定子电流中的幅值和边频对数,实现故障严重程度变化的模拟。实验结果验证了利用外加转矩振动模拟轴承故障的可行性和有效性,对分析轴承故障的特征有重要作用。
【作者】夏梦；
【导师】邱赤东；
【作者基本信息】大连海事大学，电气工程，2014，硕士
【关键词】感应电机；轴承；故障；电流特征分析法；

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