電動機(jī)斷條故障理論分析

1、摘要利用連續(xù)細(xì)化的傅里葉變換方法，通過對異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運行時定子電流進(jìn)行分析，提出了用傅里葉變換的結(jié)果作為參考信號以抵消基波f1分量的方法，解決了傅里葉變換時f1分量的泄漏淹沒（1-2s熊分量這以問題。該方法可用于電動機(jī)轉(zhuǎn)子故障的在線檢測，并可成功應(yīng)用于嵌入式在線監(jiān)測儀的研制。三相異步電動機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、運行可靠，在電力、冶金、石油、化工、機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于工作環(huán)境惡劣或者電動機(jī)頻繁啟動等原因，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條或者端環(huán)經(jīng)常會發(fā)生開焊和斷裂等故障。這種故障通常先有12根，而后發(fā)展成多根，以至出力下降，最后帶不動負(fù)荷而停機(jī)。對電動機(jī)進(jìn)行在線檢測，提前發(fā)現(xiàn)電動機(jī)的故障隱患及早采取相應(yīng)措施

2、，以減少或者避免惡性故障的發(fā)生。目前常用的轉(zhuǎn)子斷條在線檢測方法是對穩(wěn)態(tài)的定子電流信號直接進(jìn)行頻譜分析，根據(jù)頻譜中是否存在（1一2sfi的附加分量來判斷轉(zhuǎn)子有無斷條。但由于（1-2s）fi分量的絕對幅值很小，并且異步電動機(jī)運行時轉(zhuǎn)差率s很小，頻率（1-2$»1與f1非常接近，用快速傅里葉變換直接作頻譜分析時，基波3頻率分量的泄漏會淹沒（1-2s）f1頻率分量，因而使檢測（1-2sf頻率分量是否存在變得非常困難。本文采用快速傅里葉變換的方法，通過快速傅里葉變換得到電動機(jī)斷條時信號的頻譜，為了抵消基頻50Hz頻譜圖由于頻譜泄漏對故障信號頻譜的淹沒，將電動機(jī)斷條故障時的信號經(jīng)自適應(yīng)陷波器處理

3、，以濾除工頻50Hz對特征分量的影響。目錄第一章緒論1引言2電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障的現(xiàn)狀與課題意義3本文的主要研究方法法與研究內(nèi)容第二章電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理2.1 電動機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析2.1.1 組成結(jié)構(gòu)2.1.2 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、定子的結(jié)構(gòu)2.1.3 電動機(jī)工作原理分析2.2 電動機(jī)斷條故障的原理2.2.1 轉(zhuǎn)子斷條原因2.2.2 轉(zhuǎn)子斷條常見現(xiàn)象2.2.3 斷條原因分析第三章快速傅里葉變換與MATLA族現(xiàn)1 MATLAB簡介1 快速傅里葉變換的數(shù)字實驗1 本章小結(jié)第四章自適應(yīng)陷波器原理 原理分析 基于LMSJJ法的MATLA取現(xiàn) 用MATLAB?序?qū)崿F(xiàn)LMSJ法 本章小結(jié)第五章電動機(jī)斷條故障理論

4、分析電動機(jī)斷條故障理論分析異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障時定子電流的特點電動機(jī)斷條故障理論分析程序流程圖理論仿真波形及其分析理論仿真波形與分析本章小結(jié)參考文獻(xiàn)附錄致謝第一章緒論本章主要介紹的是：引言、異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障診斷方法的研究現(xiàn)狀與研究意義和本文的主要研究方法與主要所做的工作。1引言據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國運行的電動機(jī)數(shù)量超過6000萬臺，占電網(wǎng)用電量的70%；上，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的動力設(shè)備。全國每年燒毀電動機(jī)數(shù)量約300萬臺，容量在10億kW以上。每年僅電動機(jī)在燒毀過程中就耗電數(shù)億萬度，修理費高達(dá)數(shù)100億元。由于電動機(jī)故障造成停工停產(chǎn)損失更是難以估計。由于開發(fā)先進(jìn)可靠的電動機(jī)狀態(tài)

5、監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。在當(dāng)代社會中，電動機(jī)已成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要傳動機(jī)械。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展，電動機(jī)的容量不斷增大，由它所組成的系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，構(gòu)成也越來越復(fù)雜。然而由于工作環(huán)境的復(fù)雜，或者電動機(jī)頻繁啟動等原因，電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障等時有發(fā)生，故對其可靠性要求也越來越高。傳統(tǒng)的電動機(jī)故障診斷方法，需要建立精確的數(shù)學(xué)模型、有效的狀態(tài)估計或參數(shù)估計、適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計決策方法等。這些前提條件使得傳統(tǒng)的電動機(jī)故障診斷具有相當(dāng)?shù)木窒扌?。針對傳統(tǒng)檢測方法的以上缺陷，有必要對電動機(jī)轉(zhuǎn)子工作情況進(jìn)行更先進(jìn)及時的監(jiān)測，以防造成重大損失。大容量的籠型異步電動機(jī)廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)

6、中，如發(fā)電廠的給水泵、送風(fēng)機(jī)、送粉機(jī)、磨煤機(jī)等。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生導(dǎo)條或端環(huán)斷裂時（簡稱斷條）早期故障后，斷條可能會逐漸伸出轉(zhuǎn)子槽外，并導(dǎo)致轉(zhuǎn)子斷條刮壞定子繞組絕緣的故障，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。2電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障診斷的現(xiàn)狀與課題意義電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障診斷的準(zhǔn)確及時對保證生產(chǎn)安全平穩(wěn)、避免人員、財產(chǎn)的巨大損失具有重要的意義。近年來，針對電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障診斷的方法不斷出現(xiàn)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、D2s證據(jù)理論、融合技術(shù)都在這一領(lǐng)域得到應(yīng)用。由于故障電動機(jī)單一信號中諧波成分比較復(fù)雜，對于重要場合的電動機(jī)采用多個監(jiān)測量的綜合診斷和多種診斷方法的綜合運用是未來的一個發(fā)展趨勢。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，

7、電機(jī)在生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。電機(jī)故障不僅會損壞電機(jī)本身，而且會影響整個系統(tǒng)的正常工作，甚至危機(jī)人身安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過對常見故障的診斷和分析，可以及早發(fā)現(xiàn)故障和預(yù)防故障的進(jìn)一步惡化，減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失，并為實現(xiàn)狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件。電機(jī)發(fā)生故障，故障信號中往往含有大量的時變、短時沖擊、突發(fā)性質(zhì)的成分，傳統(tǒng)的信號分析方法如Fourier變換無能為力,不能有效地提取出電機(jī)的故障特征。在電機(jī)測試領(lǐng)域，當(dāng)測試信號為非平穩(wěn)信號時，應(yīng)用Fourier變換也不能得到有效的分析結(jié)果。小波變換作為一種時頻分析方法，它在時頻域都具有表征信號局部特征的能力，能通過時頻窗靈活變換并突出信號的不同

8、頻率成分?？紤]到小波變換處理非平穩(wěn)信號的優(yōu)越性，本文研究如何將小波變換應(yīng)用于電機(jī)故障診斷和電機(jī)測試中。本論文主要做了一下工作國內(nèi)外學(xué)者在異步電動機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域做了大量的工作，提出了各種監(jiān)測與診斷方法。電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障的幾種診斷方法有一下幾種：11基于定子電流分析的故障診斷方法2基于氣隙轉(zhuǎn)矩的分析方法：當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)斷條故障時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場可分解為正、負(fù)序分量。正序分量和正常時的情況一樣，與電動機(jī)定子磁場相互形成一包值轉(zhuǎn)矩；負(fù)序磁場和定子旋轉(zhuǎn)作用將會形成一諧波轉(zhuǎn)矩，其頻率為2sf,這樣就避免了工頻的頻譜泄露淹沒故障特征分量。但由于測試裝置帶來的誤差，采集到的電動機(jī)電壓、電流中含有

9、微弱的波動成分，這些波動成分對磁鏈數(shù)值的影響很大，造成電動機(jī)轉(zhuǎn)矩強(qiáng)烈的波動，從而導(dǎo)致該方法的優(yōu)越性大減?！?】基于電動機(jī)失電定子殘余電壓的分析方法：這種方法的突出優(yōu)點在于一對電動機(jī)進(jìn)行故障診斷不受電源不完善的影響，且它是從電動機(jī)本身進(jìn)行測試，不受負(fù)載的影響。但是，在電動機(jī)失電后，轉(zhuǎn)子電流會很快衰減，故它對失電殘壓的影響也很快減小，這便給失電殘壓的信號檢測帶來影響。4基于定子電流的Hilbert變換：這一方法主要是通過將信號的Hilbert變換定義到復(fù)平面上（Hilbert模式），通過對比轉(zhuǎn)子正常情況和轉(zhuǎn)子斷條情況，得出定子電流信號在轉(zhuǎn)子正常情況下為一圓形，而轉(zhuǎn)子斷條情況下為一圓環(huán)形這一結(jié)論。并

10、利用圖形縮放技術(shù)進(jìn)行觀察，從而得出電動機(jī)轉(zhuǎn)子有無斷條故障的診斷結(jié)果。【5】基于小波脊線的轉(zhuǎn)子斷條特征頻率提?。盒〔ㄗ儞Q具有自適應(yīng)多尺度分頻特性，可以將多頻率分量混合信號按尺度對應(yīng)的頻帶依次分離開來，分別得出相應(yīng)頻率成分的幅值和相位信息。在采用小波脊線提取信號瞬時特性頻率時，選取不同的尺度迭代初值，即可以提取所需要的時頻脊線，進(jìn)而給出轉(zhuǎn)子故障特征在電動機(jī)啟動過程中的變化曲線。異步電動機(jī)檢測是通過應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段，在線監(jiān)測異步電動機(jī)相關(guān)運行參數(shù)(如電壓、電路、磁通、轉(zhuǎn)速、溫度、振動、局部放電等)，判斷其是否正常狀態(tài)，以確定合理的檢修方案，從而達(dá)到避免事故停機(jī)、提高設(shè)備運行可靠性、降低維修費用的目

11、的。3本文的主要研究方法法與研究內(nèi)容本文的主要研究方法是通過傅立葉變換對電動機(jī)定子電流進(jìn)行分析提取出故障特征分量，由于存在50Hz的工頻干擾，需經(jīng)自適應(yīng)陷波器，以濾除50Hz的工頻干擾，更好的提取出特征分量。對于三相鼠籠式異步電動機(jī)斷條故障診斷的方法目前有很多種，常用的有傅里葉變換方法、基于小波變換的診斷方法、溫開診斷方法、輸出功率診斷方法、Park變換方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法、基于自適應(yīng)陷波器的診斷方法等，通過對國內(nèi)、外關(guān)于鼠籠式異步電動機(jī)斷條故障診斷文獻(xiàn)的總結(jié)，可知目前基于小波包變換的電動機(jī)斷條故障方法最為前沿，通過以上幾種方法的比較以及本人所學(xué)知識的程度和能力的限制，本文所采用的診斷方法是

12、傅里葉變換和自適應(yīng)陷波器相結(jié)合，來提取電動機(jī)斷條的特征分量。本文的主要的研究內(nèi)容如下：(1)實驗系統(tǒng)的理論性研究。在分析電動機(jī)結(jié)構(gòu)、原理及斷條原理、原因的基礎(chǔ)上，根據(jù)斷條特征分量與基波分量的特征，對實驗信號進(jìn)行了接近實際信號的模擬，并得出了理論性的波形與分析。(2)通過在對常用的傅里葉變換在信號處理中存在的局限性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，引入了自適應(yīng)陷波器這一分析方法，來實現(xiàn)電動機(jī)斷條故障的診斷(即特征分量的提取)。(3)實驗結(jié)果及其分析。在這一部分，主要針對斷條的基頻與特征分量的特征進(jìn)行了實驗數(shù)據(jù)的故障診斷，通過分析診斷結(jié)果及仿真波形，得出了所用方法的可行性與可靠性。第二章電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1電

13、動機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析組成結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的,它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如下圖2-1所示：圖2-1封閉式三相籠型異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖1軸承；2前端蓋；3轉(zhuǎn)軸；4一接線盒；5一吊環(huán)；6一定子鐵心；7轉(zhuǎn)子；8一定子繞組；9一機(jī)座；10后端蓋；11一風(fēng)罩；12風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、定子的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子是電動機(jī)的轉(zhuǎn)動部分，作用是帶動其他機(jī)械設(shè)備旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子繞組三部分組成。(1)轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成的，通常套在轉(zhuǎn)軸上，其作用和定子

14、鐵心相同，即：一方面作為電動機(jī)磁路的一部分，另一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。(2)轉(zhuǎn)子繞組異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組一般有兩種形式即：繞線形與籠形兩種，故而可將異步電動機(jī)分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)與籠形轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)。繞線形繞組它與定子繞組一樣也是一個三相繞組，通常的連接形式是星形連接，其中的三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，因此在轉(zhuǎn)子電路中用接電阻或電動勢用以改善電動機(jī)的運行性能是可行的，見圖2-2所示1一集電環(huán)；2電刷；3變阻器圖2-2繞線形轉(zhuǎn)子與外加變阻器的連接籠形繞組籠型繞組的轉(zhuǎn)子如圖2-3所示。在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)（稱

15、為端環(huán)）把導(dǎo)條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子，如圖（a）所示。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖（b）所示。通常情況下100kW以下的異步電動機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。（a）銅排轉(zhuǎn)子（b）鑄鋁轉(zhuǎn)子圖2-3籠形轉(zhuǎn)子繞組定子部分三相電動機(jī)的定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。三相電動機(jī)的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等幾部分組成。（1）外殼三相電動機(jī)的外殼包括機(jī)座、端蓋、轉(zhuǎn)承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。機(jī)座：機(jī)座一般是由鑄鐵或鑄銅澆鑄成型的，它的作用主要是保護(hù)和固定三相電動機(jī)的定子繞組。另外對于中、小型三相電動機(jī)來說，它的機(jī)座還有兩個端蓋支撐著轉(zhuǎn)子，它是三相電動機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組

16、成部分。通常情況下，要求機(jī)座的外表散熱性能要好，故機(jī)座一般都鑄有散熱片。端蓋：端蓋是用鑄鐵或鑄銅成型的，其主要的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，以使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能夠在定子中均勻地進(jìn)行。轉(zhuǎn)承蓋：它也是鑄鐵或鑄銅澆鑄成型的，它的作用除了固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動外，另外還有存放潤滑油和保護(hù)軸承的作用。接線盒：通常是用鑄鐵澆鑄而成的，具作用是保護(hù)和固定繞組的引出線端子。吊環(huán)：一般是用鑄銅制造而成，安裝在機(jī)座的上端，起起吊、搬抬三相電動機(jī)的作用。(2)定子鐵心異步電動機(jī)定子鐵心是電動機(jī)磁路的一部分，由0.35mm-0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖2-4所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之

17、間是絕緣的，故而減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，其作用是用來嵌放定子繞圈。(3)定子繞組定子繞組是三相電動機(jī)的電路部分，三相電動機(jī)有三相繞組，對于三相電動機(jī)的三相繞組來說，當(dāng)通入三相對稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又是由若干線圈連接而成的。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120。電角度。線圈通常是由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制而成的。一般情況下中、小型三相電動機(jī)則多采用圓漆包線，而大、中型三相電動機(jī)的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒

18、上，首端分別標(biāo)為U,Vi,W,末端分別標(biāo)為12,V2,W。這六個出線端在接線盒里的排列如下圖2-5所示，連接方法常用的有兩種：星形或三角形連接。（a）星形連接（b）三角形連接圖2-5定子繞組的連接1.3工作原理分析圖2-6三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)動原理示意圖圖2-6三相電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速必=型。旋P轉(zhuǎn)磁場的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有電流流過。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場按順時針方向旋轉(zhuǎn)，且某時刻為上為北極N下為南極S,如圖2-6根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動勢和電流方向由里向外，用。表示；在下半

19、部則由外向里，用表示。原理：定子旋轉(zhuǎn)磁場以速度no切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感生電動勢（發(fā)電機(jī)右手定則），在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中形成電流，使導(dǎo)體受電磁力作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n順n0方向旋轉(zhuǎn)（電動機(jī)左手定則），并從軸上輸出一定大小的機(jī)械功率。（n不能等于no）特點：電動機(jī)內(nèi)必須有一個以n0旋轉(zhuǎn)的磁場。一實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的前提；電動運行時n恒不等于no（異步）必要條件nn。；建立轉(zhuǎn)矩的電流由感應(yīng)產(chǎn)生。一感應(yīng)名稱的來源。流過電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力作用，力F的方向可用左手定則確定，如圖2-6示。電磁力作用于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上，對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)速為no三相電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n始

20、終不會加速到旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n10因為只有這樣，轉(zhuǎn)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場之間才會有相對運動而切割磁力線，轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體中才能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可見必On,且nYni,是異步電動機(jī)工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來。2.電動機(jī)斷條故障的原理轉(zhuǎn)子斷條原因一方面的原因是電機(jī)的頻繁連續(xù)起動使導(dǎo)條、端環(huán)的溫度過高。目前，導(dǎo)條與端環(huán)焊接多采用中頻焊，正確的工藝方法對焊接質(zhì)量的影響不同，比如端環(huán)與每個導(dǎo)條相比，其熱容量相差懸殊，可能在導(dǎo)條與端環(huán)連接處產(chǎn)生過熱使導(dǎo)條質(zhì)地變得疏松，機(jī)械強(qiáng)度變差，因此易在此處發(fā)生斷裂（如圖2-1所示）。以某發(fā)電廠的排粉機(jī)為例：

21、曾因斷條返修兩次，較嚴(yán)重的一次則有23處導(dǎo)條發(fā)生斷裂，其中有兩根導(dǎo)條的兩端已斷，且出現(xiàn)掃膛現(xiàn)象。另一方面的原因則是由于集膚效應(yīng)在頻繁起動中使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)的溫差增大：當(dāng)導(dǎo)體中通以交流電時，由于導(dǎo)體沿槽高方向上截面各部分的漏磁通匝鏈數(shù)不同，因此感應(yīng)電勢也不相同。使電流在導(dǎo)體截面上的分布不均勻，導(dǎo)體中的電流圖2-2槽內(nèi)導(dǎo)體的集膚效應(yīng)(a)槽內(nèi)導(dǎo)體(b)電流密度的分布(2)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與鐵心槽之間有裝配間隙等。槽中墊有槽襯，在鐵心長度范圍內(nèi)，槽襯對導(dǎo)條有一定的固緊作用，可減輕導(dǎo)條的疲勞現(xiàn)象。(3)導(dǎo)條與端環(huán)連接不良，焊得不牢固?？赡芤馃狳c和過分的損耗。(4)導(dǎo)條電流引起的槽漏磁通可產(chǎn)生電動力，這些電動力與

22、電流的平方成正比，而且是不定向的，可引起導(dǎo)條在槽內(nèi)產(chǎn)生徑向移動(如圖2-3所示)。因此，使導(dǎo)條撓曲，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。如果撓度過大，則會導(dǎo)致導(dǎo)條疲勞斷裂?？梢宰C明,作用在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條上的徑向力，在起動期間產(chǎn)生的撓度比槽所容許的要大。實際上,導(dǎo)條的中部比較平直，而導(dǎo)條與端環(huán)接頭處的應(yīng)力，比導(dǎo)條移動所容許的應(yīng)力要大。圖2-3由槽漏磁通引起的導(dǎo)條徑向移動(5)風(fēng)扇裝在端環(huán)上，風(fēng)扇環(huán)可起到一定的護(hù)環(huán)作用，且使結(jié)構(gòu)尺寸變小，有利于電機(jī)總體尺寸縮短。但對高速電機(jī)應(yīng)采取防止導(dǎo)條軸向竄動和端環(huán)的徑向扭轉(zhuǎn)措施。此時，因為風(fēng)扇的重量加在端環(huán)上，旋轉(zhuǎn)時，風(fēng)扇的風(fēng)葉是斷續(xù)的,只要有導(dǎo)致風(fēng)量不均的因素存在，或風(fēng)扇的風(fēng)葉在工藝上

23、達(dá)不到完全對稱，再加上高速旋轉(zhuǎn)，就有可能引起導(dǎo)條在圓周上受到外來的扭矩M/勺作用，在導(dǎo)條端部、導(dǎo)條與端環(huán)之間還有反作用力R及旋轉(zhuǎn)的離心力Q勺作用(如圖2-4所示)。圖2-4導(dǎo)條端受力示意圖轉(zhuǎn)子斷條常見現(xiàn)象轉(zhuǎn)子斷條故障常見現(xiàn)象有以下幾種：(1)斷裂處多發(fā)生在端環(huán)和鐵心上。端環(huán)處的斷裂一般發(fā)生在伸出鐵心的端頭靠近端環(huán)焊接處，裂縫由下而上延伸，斷面吻合嚴(yán)密，不仔細(xì)觀察不易發(fā)現(xiàn)，有個別斷裂出現(xiàn)電弧燒損現(xiàn)象。鐵心處的裂縫一般發(fā)生在鐵心端部，部分槽內(nèi)也有斷裂，而且開口明顯，有間隙產(chǎn)生。(2)鐵心在槽內(nèi)處有放電痕跡，最嚴(yán)重的槽兩側(cè)分段鐵心上全部有放電痕跡，槽口處鐵心燒損。鐵心與端環(huán)之間導(dǎo)條向電機(jī)轉(zhuǎn)動方向變形

24、(成弧形)。(3)軸向竄動增大，嚴(yán)重時，啟動環(huán)與工作環(huán)緊靠，在斷條處理時剩余在鐵心中的斷條易剔出，表明它和鐵心配合并不緊密，籠條打出后上面有鐵心沖片的劃痕，說明籠條在槽內(nèi)發(fā)生振動。(4)修復(fù)后的銅條重復(fù)開裂的多。原因分析從斷條現(xiàn)象來看，裂縫一般由下而上延伸，斷面吻合嚴(yán)密，不仔細(xì)觀察不易發(fā)現(xiàn)，而且具有疲勞彎曲斷裂的特征。據(jù)有關(guān)資料介紹：疲勞現(xiàn)象的產(chǎn)生是因為物體在交變應(yīng)力的長期作用下，材料的強(qiáng)度在小于屈服極限的應(yīng)力下發(fā)生不明顯的塑性變形使其突然發(fā)生斷裂。“疲勞現(xiàn)象”是由交變應(yīng)力在長期作用下造成的。所以，分析認(rèn)為：籠條是受到交變應(yīng)力的作用才產(chǎn)生斷裂的。大型異步電動機(jī)在啟動運行時電磁力、熱應(yīng)力、離心力

25、都很大，其大小方向都在變化，下面對這三種情況分別進(jìn)行分析。.電磁力對籠條的作用電機(jī)轉(zhuǎn)動的條件是定子繞組通入三相對稱的電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子流過的電流再與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子受電磁力的推動而旋轉(zhuǎn)。這就是說轉(zhuǎn)子是受到1個徑向電磁力而轉(zhuǎn)動的，即籠條受到的也是徑向電磁力。下面來分析其中的電磁關(guān)系：定子繞組通電后定子磁勢產(chǎn)生兩部分磁通，一部分是僅與定子繞組環(huán)鏈的定子漏磁通；另一部分是與定、轉(zhuǎn)子繞組同時環(huán)鏈的主磁通，它的路徑為定子一一氣隙一一轉(zhuǎn)子鐵心一一氣隙一一定子齒一一定子鐵腕，使轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電流。同理轉(zhuǎn)子也就會產(chǎn)生兩部分磁通，一部分為主磁通；另一部分就是與轉(zhuǎn)子繞組自身環(huán)鏈的轉(zhuǎn)子漏

26、磁通。主磁通主要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場使電機(jī)做功，而漏磁通是使繞組自身受力。電動機(jī)啟動過程中，其電抗主要表現(xiàn)為定轉(zhuǎn)子的漏抗，當(dāng)啟動電流入籠條時，漏抗產(chǎn)生的電磁力指向槽底，而當(dāng)電流流出時漏抗方向相應(yīng)也跟著改變，作用于導(dǎo)條的電磁力仍指向槽底，它的表達(dá)式為：PD=vo10，(12m/2bn21+sin儂t+邛kg/cm)(2-1)式中：V0=0.4n；Im為轉(zhuǎn)子電流，A;bn2為轉(zhuǎn)子槽寬，cm。從式中可以看出，電磁力Pd是1個以幅值V010，(I2m/2bn2)到零之間的脈動力，具有零點，且近似于正弦波，但全部是負(fù)值的b波形，該值隨電機(jī)的啟動結(jié)束而減至1個恒定值，因為它和轉(zhuǎn)子的啟動電流平方成正比，因而這個力很

27、大，而啟動電流一般是額定電流的57倍，它作用在籠條上把導(dǎo)條壓向槽底。.籠條自身的離心力籠條在電機(jī)啟動過程中，離心力隨轉(zhuǎn)速的增加而增加。但對固緊的籠條來講，它的離心力全部傳給鐵心，只有伸出鐵心部分才承受離心力，籠條離心力的表達(dá)式為：Pn=5.6GD(n/10002(2)式中：G籠條重量，kg；D籠條重心直徑，cmo.熱應(yīng)力和離心力對籠條的作用熱應(yīng)力的產(chǎn)生在很大程度上和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)有關(guān)，從以上電磁力分析結(jié)果中得知，在電機(jī)的啟動過程中，電機(jī)的電抗主要表現(xiàn)為漏抗，而轉(zhuǎn)子的槽漏抗在槽高方向是不均勻的，越是接近槽底槽漏抗越大，這就產(chǎn)生了“擠流效應(yīng)”很高的啟動電流“劑向”籠條的上部，造成電流密度太大，使啟動瞬

28、間的溫升高達(dá)200300C,使其在籠條的上部產(chǎn)生電熱損耗引起發(fā)熱，以致造成上、下層溫差懸殊，膨脹不均，引起籠條熱彎曲。眾所周知：籠條大部分處在槽內(nèi)，它的彎曲受到限制，這種限制分為兩種：一種是指向槽底的電磁力，另一種是槽壁的約束力，這兩種力合稱為約束力。受熱彎曲力和約束力疊加就會向籠條的兩端延伸，而籠條的兩端是固定在端環(huán)上的，勢必在籠條末端引起應(yīng)力。另外端環(huán)是籠條的短路環(huán)，電流總是力圖沿電阻最小的方向流動，端環(huán)也會受到集膚效應(yīng)的影響發(fā)熱。啟動中，由于轉(zhuǎn)子鐵心熱容量大，徑向膨脹需要一定時間，而端環(huán)發(fā)熱膨脹則比較快，對籠條形成1個向外的拉力，使籠條與端環(huán)的根部受力。在電機(jī)啟動過程中，一方面啟動籠條自

29、身的離心力與電磁力方向相反，當(dāng)離心力增加到一定程度，大于電磁力時，籠條被推到槽口方向；當(dāng)電磁力達(dá)到2倍幅值大于離心力時，籠條被吸向槽底。這個過程不斷重復(fù)，籠條上產(chǎn)生了受迫振動，造成斷條轉(zhuǎn)子在槽口放電，槽口處鐵心燒損。檢查發(fā)現(xiàn)的籠條上有鐵心沖片的劃痕，是由于籠條在鐵心中固定不緊產(chǎn)生振動頻繁撞擊鐵心所致。另一方面，熱應(yīng)力使籠條膨脹向外推端環(huán)，端環(huán)膨脹產(chǎn)生1個向外的拉力，鼠籠整體沿軸向移動，同時熱應(yīng)力又使籠條產(chǎn)生疲勞，由于振動和熱應(yīng)力的作用最終導(dǎo)致籠條斷裂。第三章快速傅立葉變換與Matlab實現(xiàn)1MATLA簡介MATLA是MathWorks公司于1982年推出的一款功能強(qiáng)大、易于使用的高效數(shù)值計算和

30、可視化軟件，設(shè)計者的初衷是為解決“線性代數(shù)”的矩陣運算問題，取名MATLA聊MatrixLaboratory（矩陣實驗室）的意思，它為進(jìn)行算法開發(fā)、數(shù)據(jù)計算于可視化、信號分析與圖形顯示提供了交互式應(yīng)用開發(fā)環(huán)境。MATLAB是MathWorks產(chǎn)品家族中所有產(chǎn)品的基礎(chǔ)，它包括了基本數(shù)學(xué)計算、編程環(huán)境（M語言）、數(shù)據(jù)可視化、GUIDER。附加的大量支持建模、分析、計算應(yīng)用的工具箱擴(kuò)展了MATLABS本環(huán)境用于解決特定領(lǐng)域的工程問題，如MATLA吃廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號處理、自動控制、動態(tài)仿真、小波分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。MATLAB®言編程效率高、用戶使用方面、擴(kuò)充能力強(qiáng)、交互性好、移植性很好

31、，開發(fā)性也好、語句簡單，內(nèi)涵豐富、高效方面的矩陣數(shù)組運算、方面的繪圖功能等優(yōu)點造就了MATLA酷言的廣泛使用。MATLA所品廣泛應(yīng)用于下列領(lǐng)域：數(shù)學(xué)建模與分析；信號處理；自動控制；通信系統(tǒng)建模與仿真；財經(jīng)金融建模與分析；圖像處理與地理信息；MATLABt面應(yīng)用程序開發(fā)。2快速傅立葉變換概述離散傅里葉變換在實際應(yīng)用中是非常重要的，利用它可以計算信號的頻譜、功率譜和線性卷積等。但是，如果直接計算DFT當(dāng)N很大時，即使使用高速計算機(jī)，所花的時間也很大。所以，如何提高計算DFT的速度，便成了重要的研究課題。1965年庫利（Cooley）和圖基（Tukey）在前人研究成果的基礎(chǔ)上提出了快速計算DFT的算

32、法，之后又出現(xiàn)了各種各樣快速計算DFT的方法，這些方法統(tǒng)稱為快速傅里葉變換（FastFourierTransform）,簡稱為FFT。FFT的出現(xiàn)，使計算DFT的計算量減少了兩個數(shù)量級，從而成為數(shù)字信號處理強(qiáng)有力的工具。快速傅里葉變換是離散傅里葉變換的快速算法。它是DSP®域中的一項重大突破，它考慮了計算機(jī)和數(shù)字硬件實現(xiàn)的約束條件，研究了有利于機(jī)器操作的運算結(jié)構(gòu)，使DFT的計算時間縮短了12個數(shù)量級，還有效地減少了計算所需的存儲容量。FFT技術(shù)的應(yīng)用極大地推動了DSP!論和技術(shù)的發(fā)展。傅立葉變換的基本原理快速傅里葉算法是基于可以將一個長度為N的序列的離散傅里葉變換逐次分解為較短的離散

33、傅里葉變換來計算這一基本原理。這一原理產(chǎn)生了許多不同的算法，但它們在速度上均取得了大致相當(dāng)?shù)母纳?。兩類基本的FFT算法：(1)按時間抽取(DecimationinTime)的基2FFT算法。它是命名來自如下事實：在把原計算安排成較短變換的過程中，序列x(n)(通?？醋魇且粋€時間序列)可逐次分解為較短的子序列。(2)按頻率抽取(DecimationinFrequency)的基2FFT算法。在這類算法中是將離散傅里葉變換系數(shù)序列X(k)分解為較短的子序列?？焖俑盗⑷~變換的數(shù)字實現(xiàn)Matlab中提供fft函數(shù)來直接計算矢量x(n)的離散傅里葉變換，其格式如下：Y=fft(x,N)如果x的長度小于N,

34、則在其后補(bǔ)0使之成為長度為N的序列，用戶也可以省略N,這時采用的就是x的長度；如果x是一個矩陣則計算x中每列的N點DFTfft函數(shù)是由機(jī)器語言而不是Matlab指令寫成的。3本章小結(jié)本章的主要內(nèi)容是首先對Matlab作了一個概述，其次是對快速傅里葉變換作了一個簡單的分析，并介紹了快速傅里葉變換在Matlab中的實現(xiàn)第四章自適應(yīng)陷波器原理在通信系統(tǒng)和電子系統(tǒng)中，經(jīng)常會受到諸如50Hz工作頻率等單頻或窄帶干擾的影響。這種干擾的存在，嚴(yán)重影響了信號接收或檢測的可靠性和正確性，需要采用自適應(yīng)信號陷波器消除此干擾。當(dāng)自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)的參考輸入為單一頻率正弦信號時，則系統(tǒng)可以構(gòu)成自適應(yīng)信號陷波器。自適應(yīng)

35、濾波是近30年以來發(fā)展起來的一種最佳濾波方法。它是在維納濾波，Kalman波等線性濾波基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種濾波方法。由于它具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和更好的濾波性能。從而在工作實際中，尤其在信號處理技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。自適應(yīng)濾波器是以最小均方誤差為準(zhǔn)則的最佳過濾器。在濾波過程中，它能自動調(diào)整濾波因子，使輸出誤差達(dá)到最小值，從而獲得最佳濾波效果。另外，自適應(yīng)濾波器常采用LMSJ法，其計算量小，算法簡單，尤其適合于對實時信號要求較高的場合，因此它被廣泛應(yīng)用于語音信號處理、噪聲抵消、系統(tǒng)模型識別和醫(yī)學(xué)信號處理等領(lǐng)域。1原理自適應(yīng)濾波器是以最小均方誤差為準(zhǔn)則的最佳過濾器。在濾波過程中，它能自動調(diào)整濾波因子，

36、使輸出誤差達(dá)到最小值,從而獲得最佳濾波效果。另外，自適應(yīng)濾波器常采用LMS算法，其計算量小，算法簡單，尤其適合于對實時信號要求較高的場合，因此它被廣泛應(yīng)用于語音信號處理、噪聲抵消、系統(tǒng)模型識別和醫(yī)學(xué)信號處理等領(lǐng)域。筆者將討論自適應(yīng)濾波器在噪聲抵消方面作為陷波器使用的基本原理，并針對在大壩監(jiān)測中存在多頻率噪聲擾的實際情況，給出了一種簡單、有效的陷波器結(jié)構(gòu)。自適應(yīng)濾波器的一個重要應(yīng)用就是進(jìn)行噪聲抵消。若信號中包含頻率為«0的正弦波干擾，則由自適應(yīng)濾波器構(gòu)成的自適應(yīng)陷波器可以很好地消除這種干擾，并使得陷波器特性接近理想（如圖4-1所示），其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。自適應(yīng)陷波的理論基礎(chǔ)是基于維納

37、濾波的最小均方（LMS誤差算法。圖4-2中原始輸入為真實信號與單色干擾的跌加，經(jīng)采樣后送入dj端，參考輸入是一個同干擾信號相關(guān)的純正弦波，經(jīng)同步采樣送至Xij、X2j端，X2j為參考輸入經(jīng)過一個90。相移后的采樣值，然后經(jīng)LMSJ法運算，其目的是獲得wij、W2j兩個權(quán)值，即兩個自由度，從而使組合后的正弦波振幅和相角都可與原始輸入中干擾分量的振幅、相角相同，最后使輸出ej中3頻率的干擾得以抵消，以達(dá)到陷波的目的股始愉入夢苫佛入圖4-1單頻陷波器特性曲線圖4-2單頻陷波器結(jié)構(gòu)原理自適應(yīng)陷波器就是依據(jù)參考輸出信號與期望輸出信號（原始輸出信號）的均方誤差來調(diào)整濾波器的權(quán)系數(shù)。權(quán)系數(shù)的調(diào)整可以采用梯度

38、下降法實現(xiàn)，但由于梯度下降法涉及矩陣求逆，同時又與輸入數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征有關(guān)，不利于實時數(shù)據(jù)處理。實際應(yīng)用中采用LM鼠差算法進(jìn)行自適應(yīng)陷波。LM般差算法以誤差信號每一次迭代的瞬時平方值代替均方值，在迭代過程中用梯度的估值代替梯度，不需要計算相關(guān)函數(shù)。LMSB法的方程式為：0=d-yj2(4-1)yj='WijX"=wi,j2乎W2,jl=W2,j2l6jX2,j其中：步長因子，是一個控制穩(wěn)定性和收斂速度的參量，當(dāng)0Y固umaxY1（九maxmaxmiax并且為輸入信號自相關(guān)矩陣的最大特征值）時，上述算法中權(quán)矢量將收斂于一個最佳矢量,輸出滿足最小均方誤差。2基于LMSI：法的Mat

39、lab實現(xiàn)下圖是自適應(yīng)算法在計算機(jī)Matlab仿真中的程序流程圖。3用MATLAB序?qū)崿F(xiàn)LM算法如果給定輸入序列x(n),期望響應(yīng)序列d(n),步長u和要求的自適應(yīng)FIR濾波器長度N,我們就能夠利用LMSJ法的迭代公式w(n+1)=w(n)-u中(n)=w(n)+2ue(n)x(n)來確定自適應(yīng)濾波器的權(quán)系數(shù)，下面給出實現(xiàn)這種算法的MATLAB數(shù)，函數(shù)名為lms。LM算法Functionh,y=lms(x,d,u,N)%LM算法的實現(xiàn)%h,y=lms(x,d,u,N)%h=古計的FIR濾波器%丫輸出數(shù)組y(n)%x=U入數(shù)組x(n)%d預(yù)期數(shù)組d(n),其長度應(yīng)與x相同%u步長%N=FIRg波

40、器的長度M=length(x);y=zeros(1,M);h=zeros(1,N);forn=N:Mx1=x(n:-1:n-N+1);y=h*x1'e=d(n)-y;h=h+u*e*x1;end4本章小結(jié)本章主要介紹了自適應(yīng)陷波器的原理及其Matlab實現(xiàn)第五章電動機(jī)斷條故障理論分析1電動機(jī)斷條故障理論分析1.1異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障時定子電流的特點異步電動機(jī)正常運行時，定子電流只含有基波分量，頻率為f1,轉(zhuǎn)子電流頻率為sf1,如果出現(xiàn)斷條等故障使轉(zhuǎn)子不對稱后，轉(zhuǎn)子電流的對稱系統(tǒng)就會被破壞。這樣的不對稱系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場可分為正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)的磁場。正向旋轉(zhuǎn)的磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，相互

41、作用產(chǎn)生同正常電動機(jī)一樣的異步轉(zhuǎn)矩，而反向旋轉(zhuǎn)的磁場，其旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，對轉(zhuǎn)子而言，該磁場的轉(zhuǎn)速為n2=ns式中m為同步轉(zhuǎn)速。則反向旋轉(zhuǎn)的磁場相對于定子的轉(zhuǎn)速為n3=nn1s式中n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。由于n=n1（1-s）,n3=n1（1-2s）故該磁場在定子繞組中感應(yīng)的電流頻率為f3-f1（1-2s）該電流疊加在頻率為f1的定子電流上，使電子電流含有頻率為（1-2s）f1的附加分量，其大小主要由轉(zhuǎn)子不對稱度而定（相同轉(zhuǎn)差率下）。所以可以在實際中通過檢測定子電流中的（1-2s）f1頻率分量來判斷轉(zhuǎn)子故障。異步電動機(jī)斷條故障時定子電流有一下兩個特點：頻率與基波頻率，接近，并隨s的變化而變化。

42、異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)差率很小，一般為0.020.04,大型銅條轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)s更小。幅值很小，與基波幅值的比值更小。1.2電動機(jī)斷條故障理論分析程序流程圖根據(jù)電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障時定子電流的特點，設(shè)原始輸入（即定子電流特征分量）為頻率（1-2s）3）f2=48Hz,幅值A(chǔ)=0.025;干擾為（基頻）頻率f產(chǎn)50H4幅值為A=10其程序流程圖如下所示：圖5-1電動機(jī)斷條故障理論分析程序流程圖1.3理論仿真波形及其分析（a）引入單頻干擾的原始輸入的傅立葉變換頻譜圖（b）自適應(yīng)陷波器輸出信號的波形圖_（c）自適應(yīng)陷波器刊出信號的經(jīng)傅立葉變換后的頻譜圖圖5-2采樣點數(shù)N=1024采樣頻率fs=500H

43、z步長u=0.05時的仿真波形由圖可以看出原始引入單頻干擾的原始輸入信號其幅值為150左右，由于特征分量的幅值與干擾信號相比很小，所以在圖（a）中很難看到特征分量信號的存在（由于干擾信號的頻譜泄露淹沒了特征分量較小的幅值），而經(jīng)過自適應(yīng)陷波器后如圖（c）就可以很容易的看出特征分量信號的存在（根據(jù)自適應(yīng)陷波器的原理與調(diào)試結(jié)果在此取步長u=0.05）,此時雖然仍有干擾信號，但由圖可以看出干擾信號的幅值已從原來的150左右降為0.34左右，即經(jīng)自適應(yīng)陷波器后干擾信號被很好的濾除了。引入單依T世的原出希人的口里葉變及15D,11甥率比(a)引入單頻干擾的原始輸入信號經(jīng)傅立葉變換后頻譜圖(b)自適應(yīng)陷波

44、器輸出信號波形圖(c)自適應(yīng)陷波器輸出信號的經(jīng)傅立葉變換后的頻譜圖圖5-3采樣點數(shù)N=1024采樣頻率fs=500Hz步長u=0.03時的仿真波形將圖5-3(減小步長的情況下)與圖5-21中的各波形比較結(jié)果有：引入單頻干擾的原始輸入的頻譜圖兩者一樣；自適應(yīng)陷波器輸出信號的波形圖其衰減速度圖5-3比圖5-1慢了些；自適應(yīng)陷波器輸出信號經(jīng)傅立葉變換后其頻譜圖陷波效果圖5-3沒有圖5-2妤，圖5-3雖然也陷了一部分，但相對于圖5-2來說，沒有圖5-2看自來直觀。通過以上可以得出，減小自適應(yīng)陷波器的步長對陷波效果有影響，步長小，陷波效果不好1IE引入單明干擾的原蛤飴人的傅里甘雯拽1C0印1B卜-1-r

45、r°C50100150200290痍筆卷（a）引入單頻干擾的原始輸入信號經(jīng)傅立葉變換后頻譜圖圖5-4采樣點數(shù)N=1024采樣頻率fs=500Hz步長u=0.07時的仿真波形將圖5-4（增大步長的情況下）與圖5-2中的各波形比較結(jié)果有：引入單頻干擾的原始輸入的頻譜圖兩者一樣，前后沒有發(fā)生變化；自適應(yīng)陷波器輸出信號的波形圖其衰減速度圖5-4比圖5-2快了些；自適應(yīng)陷波器輸出信號經(jīng)傅立葉變換后其頻譜圖陷波效果圖5-4比圖5-2效果要好些，其特征分量的幅值更加突出了。通過以上可以得出，增大自適應(yīng)陷波器的步長對陷波也有效果有影響，步長大，陷波效果好些。(a)引入單頻干擾的原始輸入信號經(jīng)傅立葉變

46、換后頻譜圖(b)自適應(yīng)陷波器輸出信號波形圖(c)自適應(yīng)陷波器輸出信號的經(jīng)傅立葉變換后的頻譜圖圖5-5采樣點數(shù)N=2048采樣頻率fs=500Hz步長u=0.05時的仿真波形將圖5-5(增加采樣點數(shù)的情況下)與圖5-2中的各波形比較結(jié)果有：引入單頻干擾的原始輸入的頻譜在幅值上圖5-5比圖5-2增加了很多(350左右);自適應(yīng)陷波器輸出信號的波形圖其衰減速度圖5-5比圖5-2快了些；自適應(yīng)陷波器輸出信號經(jīng)傅立葉變換后其頻譜圖陷波效果5-5很明顯的比圖5-2效果好，圖5-5中的特征分量很明顯的高出干擾分量很多，即特征分量比較突出。通過以上可以得出，增加采樣點數(shù)對陷波效果和原始輸入的頻譜幅值都有影響，

47、在步長和采樣頻率不變的情況下，增加采樣點數(shù)，陷波效果要好些(a)引入單頻干擾的原始輸入信號經(jīng)傅立葉變換后頻譜圖(b)自適應(yīng)陷波器輸出信號波形圖(c)自適應(yīng)陷波器輸出信號的經(jīng)傅立葉變換后的頻譜圖圖5-6采樣點數(shù)N=512采樣頻率fs=500Hz步長u=0.05時的仿真波形將圖5-6(減少采樣點數(shù)的情況下)與圖5-2中的各波形比較結(jié)果有：引入單頻干擾的原始輸入的頻譜在幅值上圖5-6比圖5-2下降了很多；自適應(yīng)陷波器輸出信號的波形圖其衰減速度圖5-6與圖5-2比變化很微弱；自適應(yīng)陷波器輸出信號經(jīng)傅立葉變換后其頻譜圖陷波效果圖5-6比圖5-2效果稍差一點，但在幅值上圖5-6比圖5-2減少了一半左右(特

48、征分量和干擾都同時減小)。通過以上可以得出，減少采樣點數(shù)對陷波效果也有影響，但從波形上來看，減少采樣點數(shù)，效果不是很明顯引入比則干擾的原始茶入的舊里葉變裝置率he（c）自適應(yīng)陷波器輸出信號的經(jīng)傅立葉變換后的頻譜圖圖5-7采樣點數(shù)N=1024采樣頻率fs=1000Hz步長u=0.05時的仿真波形將圖5-7（增加采樣頻率的情況下）與圖5-2中的各波形比較結(jié)果有：引入單頻干擾的原始輸入的頻譜在幅值上圖5-7比圖5-2明顯有下降的趨勢；自適應(yīng)陷波器輸出信號的波形圖其衰減速度圖5-7與圖5-2比變化不大；自適應(yīng)陷波器輸出信號經(jīng)傅立葉變換后其頻譜圖陷波效果圖5-7圖5-2效果都很好，但在幅值上圖5-7比圖

49、5-2的特征分量更突出些，計算上陷波效果要好些。通過以上可以得出，增加采樣頻率對陷波效果也有影響，但從波形上來看，影響不大，在計算上陷波效果很明顯的優(yōu)于圖5-2。(a)引入單頻干擾的原始輸入的傅立葉變換頻譜圖(b)自適應(yīng)陷波器輸出信號的波形圖(c)自適應(yīng)陷波器輸出信號的經(jīng)傅立葉變換后的頻譜圖圖5-8采樣點數(shù)N=1024采樣頻率fs=300Hz步長u=0.05時的仿真波形將圖5-8(減小采樣頻率的情況下)與圖5-2中的各波形比較結(jié)果有：引入單頻干擾的原始輸入的頻譜在幅值上圖5-8比圖5-2有減小趨勢；自適應(yīng)陷波器輸出信號的波形圖其衰減速度圖5-8與圖5-2沒有明顯的分別；自適應(yīng)陷波器輸出信號經(jīng)傅

50、立葉變換后其頻譜圖陷波效果圖5-8圖5-2效果都很好，但圖5-8的頻譜圖特征分量比圖更突出、明顯。通過以上可以得出，減小采樣頻率對陷波效果也有影響，但從波形上來看，影響不大，只是在幅值有明顯的減小趨勢，其陷波效果看起來都很明顯。由以上分析可以得出如下結(jié)果：通過比較圖5-2、圖5-3、圖5-4,可以得出：改變自適應(yīng)陷波器的步長只影響陷波器輸出信號的衰減速度和它經(jīng)過傅立葉變換后的頻譜幅值大小。對特征分量來說，自適應(yīng)陷波器的步長越大則其頻譜越突出；對干擾分量來說，自適應(yīng)陷波器的步長越大則經(jīng)傅立葉變換后其幅值越小，即陷的越多?？傊牵鹤赃m應(yīng)陷波器的步長越大，陷波效果越好，特征分量越易提取。通過比較圖5

51、-2、圖5-5、圖5-6,可以得出：改變采樣點數(shù)對引入單頻干擾的原始輸入信號的頻譜幅值、自適應(yīng)陷波器輸出信號的衰減速度以及其頻譜圖都有影響。對特征分量來說，采樣點數(shù)的多少對它的影響只能從自適應(yīng)陷波器輸出信號的頻譜圖上反應(yīng)出來，增大采樣點數(shù)，特征分量比較突出，減小采樣點數(shù)，特征分量幅值上有所衰減；對于干擾分量來說，采樣點數(shù)的多少對它是影響可以很明顯的從頻譜圖上看出，采樣點數(shù)越多，其頻譜幅值越大?？傊牵翰蓸狱c數(shù)多時，特征分量也越突出，陷波效果越好。通過比較圖5-2、圖5-7、圖5-8,可以得出：改變采樣頻率除了對引入單頻干擾原始輸入的頻譜幅值有明顯的影響（其影響也是不定的）外，對其他波形的影響不

52、是很明顯。即改變采樣頻率對自適應(yīng)陷波器濾波效果影響不大，對波形輸出的頻譜幅值的影響不確定。通過上述分析可以得出以下結(jié)論：影響自適應(yīng)陷波器陷波效果的因素最主要的就是自適應(yīng)陷波器的步長，定要其次是采樣點數(shù)，最后是采樣頻率，所以在進(jìn)行實際的實驗數(shù)據(jù)仿真時，選擇合適的自適應(yīng)陷波器的步長和采樣點數(shù)，這樣才能得到更接近理想的效果2理論仿真波形與分析根據(jù)理論分析，對實際實驗數(shù)據(jù)的仿真波形及其分析如下所示：電動機(jī)斷條實驗數(shù)據(jù)仿真結(jié)果與分析故障信號取自實驗數(shù)據(jù)電動機(jī)故障數(shù)據(jù)的第三列從1到2048點自適應(yīng)陷波器的兩個參考輸入分別取自為：一個是取自電動機(jī)正常實驗數(shù)據(jù)從3點到2048點，令一個是取自電動機(jī)正常數(shù)據(jù)從1

53、3點到2048點，共有2036個有效點其仿真波形如下圖所示-<Tl斷系故庸時定于范斌信號的傅空葉變橫1JE1I'""151r1051giIIIviijaaiiAaaBLJiiiii_a90100190300的0300湖4£IO回600量率w(a)斷條故障時定子電流信號的頻譜圖(b)自適應(yīng)陷波器輸出(c)自適應(yīng)陷波器輸出信號的頻譜圖圖5-9采樣點數(shù)N=2048采樣頻率fs=1000步長u=0.8時的仿真波形通過上述波形圖比較，并結(jié)合理想情況下的波形可以得出：雖然自適應(yīng)陷波器輸出信號的波形圖在200個點左右就開始衰減了，但衰減的部分并沒有趨于零，而是在以

54、土0.1左右的幅值作振蕩；經(jīng)自適應(yīng)陷波器后信號的頻譜圖在波形上變化不明顯，雖然在幅值上有所衰減，但并沒有看到所要的理想波形，特征分量仍然沒有提取出來；故障信號取自實驗數(shù)據(jù)電動機(jī)故障數(shù)據(jù)從1到2048點自適應(yīng)陷波器的兩個參考輸入分別取自為：一個是取自電動機(jī)正常實驗數(shù)據(jù)從33點到2048點，令一個是取自電動機(jī)正常數(shù)據(jù)從78點到2048點，共有1970個有效點其仿真波形如下圖所示201510-5°!斷界戰(zhàn)隨時定手電流信號的看里葉克換J,印皿用皿若030茸0140045a皿(a)斷條故障時定子電流信號的頻譜圖(b)自適應(yīng)陷波器輸出0.1goo口區(qū)0XWO.DQn目適應(yīng)隔波界牯出倡用的值里葉變故r11.一.J.J1LiF901D0ISO200250300：3S0400460900率Hm_(c)自適呼陷波器輸出信號的頻譜圖圖5-10采樣點數(shù)N=2048采樣頻率fs=1000步長u=0.8時的仿真波形通過比較圖5-9與圖5-10的各個波形(采樣點數(shù)、采樣頻率和步長不變)可以看出：原始斷條故障時定子電流的頻譜圖前后并沒有發(fā)生變化；自適應(yīng)陷波器輸出信號的衰減速度兩者相差不大，但是圖5-10的衰減比圖更好些，其衰減部分接近于零；自適應(yīng)陷波器輸出信號的頻譜圖上圖5-10不僅在幅值上的衰減比圖5-9更大些，而且在波形圖上圖5-10中能很明確的看到小的沖擊(即所要提取的特征分量)。故障信號取