希尔伯特变换在牵引电机转子断条故障诊断中的应用研究.pdf

希尔伯特变換在率引电机转爭断条故障
诊断中的应用研究
曹建刚张博贺竹林
(南车青岛四方机车车辆股份有限公司,266111,青岛∥工程师)
摘要基于希尔伯特变换分析方法,以动车组电机定子电应力的作用,特別是动车组起停过程中这种应力更
流信号为研究对象,对定子电流信号应用希尔伯特变换后?大,加之转子制造缺陷,容易导致断条故障。所以开
消去定子电流中包含的直流分量,解决了转子断条故障特征展对牵引电机的故障诊断研究是非常必要地,同时
分量容易被基波湮没、难以检测等问题,使放濘特征分量的也具有很大的实用价值
提取更加准确。通过求检测信号的希尔伯特包络谱,更加直
目前,机车牵引电机转子断条故障检測方法主
观地判断转子是否发生断条的敬障。从仿真结杲和试验结
要有气息磁场有限元计算、基于转向磁通的检测和
果分析得知,希尔伯特变换法在动车组牵引电机转子断条故
障诊断中应周的正确性和有效性。
基于定子电流的检测三种方法。有限元计算方法由
关键词牵引电机;故障诊新;转子断条;希尔伯特变换
于运算量大,主要用于离线检测。基于轴向磁通的
中图分类号TM307+
检测方法,通过判断线圈感应出的电压信号来诊断
有无断条故障,但由于内外部探测线圈使用复杂和
Application of Hilbert Transform in Fault Diagnosis of Trac-电机在工作状态下线圈磁场电压易受外界电磁干
tion Motors
扰,因而应用受到限制。基于定子电流信号相对于
Cao Jiangang, Zhang Bo, He Zhulin
转矩和磁通等参数受外界环境影响较小,且电流传
Ahstract Based on the Hilbert transform method, and tak-感器安装方便,因此广泛应用于动车组。
ing the stator current of tractor motor as the target, the
牵引电机发生转子断条故障时,定子电流中出
stator current is processed with Hilbert transform to elim:现(1±2s)∫频率的附加电流分量(s为转差率,f为
nate the DC component. This method has solved the pro供电频率)。早期研究只对稳态定子电流信号直接
ems of the fault characteristics extraction, which are easily进行FFT(快速傅里叶变换)频谱分析,根据频谱中
to be buried by fundamental frequency and hard to be de
tected, and makes the fault characteristics extraction more
是否存在(1±2s)∫频率分量来判断转子有无断条
accurate. This detection result could be more directly used
故障。但是s分量的幅值相对于f分量幅值非常
for diagnosis. The fault detection instances in laboratory小,约为∫频率分量幅值的0.02~0.05。同时,牵
and the simulation demonstrate that this approach is effec
引电机运行时转差率S很小,故障特征频率(1±
tive and feasible
2s)f与f非常接近(相差约1~5Hz)。如果直接对
ey words traction motor; fault diagnosis; rotor broken其进行FFT频谱分析,则(1±2s)f分量很可能被f
bars: Hilbert transtorm
频率分量的泄露所淹没,从而使得检测存在一定因
first- author' s address National Engineering Laboratory难,造成误判。针对这一问题,本文提出了应用希尔
for System Intcgration of High- speed Train( South),CSR伯特变换分析方法提取转子断条故障特征向量,该
Qingdao Sifang Co, Ltd, 266111, Qingdao, China
方法能有效地消去基波频率的干扰信号,突出故障
特征信号,提高了故障信号的提取能力。对提取的
牵引电机作为机车将电能转化为机械动能的核转子断条故障特征分量,应用希尔伯特变换包络谱
心设备之一,它的安全运行关系到整个列车的行年法,诊断转子是否发生断条故障,并通过仿真和实验
安全。牵引电机在运行过程中,转子导条受到径向检验本方法的正确性和可行性。
电磁力、旋转电磁力、离心力、热弯曲扰度力等交变
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