三相交流电机的定转子的电流信号故障诊断

如果有初学者看到这篇文章，达到能够回答以下几个问题的水平，就可以看此篇文章了。

1.交流电机是怎样运转的？他的基本结构是怎样的？给定功率、转速，他的输出扭矩是多少呢？负载高于额定扭矩的情况，会怎样？怎么解决？

2.交流电机为什么是三相？二相为什么不行？park矢量变换的基本方法。

3.傅里叶变换的基本原理。振动在频谱中为何常常出现倍频？（题外话：傅里叶变换的基函数是三角函数，那么可不可以用于分析非平稳信号呢？）

一、基于park矢量变换的电机定转子故障诊断方法

参考文献：基于定子电流Park矢量变换的感应电机故障诊断

这是一个很经典的故障诊断方法，park矢量变换表征了交流电机定转子的循环运行情况。如果出现电压运行不稳的情况，会直接体现在坐标系上。

只需要根据下面转换的公式，取得iq以及ik即可。（等幅值或等功率对结果无影响）

图1 无故障交流电机的park矢量变换

图2 定转子故障交流电机的park矢量变换

笔者取了1000个点，形成了基本的图像，这些点是周期循环的。由上图可以很明显的看出，经过park矢量变换后，正常电机的park矢量图像是呈现圆形的，而定转子故障电机的park矢量电机是呈现椭圆的。当然也会如下图所示，不成形，这可能是由于传感器的布置问题，或者其他极其严重的故障。

 

 图3 不成形的park矢量变换

总之，该方法是一个很易于实现的方法，基本没有使用限制，强烈建议用于交流电机的电信号故障诊断。

二、基于电流信号频谱的交流电机定转子故障诊断

参考文献：基于电流与振动信号的转子单点碰磨故障诊断研究

该作者详细地讨论了电流分析方法。

 

 

 

 

 

 结论需要稍微修改一下，考虑到倍频的影响，可能会出现如下的频率（K*fe+N*fr）或者（K*fe-N*fr）的故障特征变化，其中K和N是整数，fe是电源频率，fr是转频。

图1 无故障电机频谱

 

 图2 定转子故障电机频谱

电机的转频fr为16hz，电源频率为50hz。笔者求取了频谱，可以看出，在166Hz左右确实有明显差异，但其他频率段没有这种问题，因为机理比较复杂，不能够细究。

 

不建议使用频谱分析的方法直接做诊断，要考虑的因素比较多。