一种基于电流信号和解调技术的齿轮箱故障诊断方法与流程

本发明属于齿轮箱故障诊断领域，尤其涉及一种基于电流信号和解调技术的齿轮箱故障诊断方法。

背景技术：

风力发电机中齿轮箱被用于将风力作用下低转速的叶片风轮动力提高到满足发电机工作所需较高转速的一个重要部件，但是由于工作条件恶劣、工况复杂、传递扭矩较大，齿轮箱容易发生故障。考虑到由齿轮箱故障引起的风力发电机停机维修时间较长、维修费用昂贵，齿轮箱故障诊断引起了广泛的关注。目前齿轮箱的故障诊断大都是通过对振动、润滑油温度和油液磨粒等信息的检测分析来实现的，然而对机舱安装在离地面几十米，甚至上百米高空的风力发电机来说，这些信号的获取通常是困难的，且成本较高。此外，传感器安装位置对故障诊断的结果也有较大的影响。

技术实现要素：

为了克服现有齿轮箱故障检测方式的信号获取困难、成本高、可靠性较差的不足，本发明提供了一种信号获取容易、成本较低、可靠性良好的基于电流信号和解调技术的齿轮箱故障诊断方法。为了解决上述技术问题提出如下的技术方案：

一种基于电流信号和解调技术的齿轮箱故障诊断方法，所述方法包括以下步骤：

S1.采集由齿轮箱带动工作的发电机三相交流电的某一相电流信号；

S2.利用信号解调技术和三角函数计算分别得到电流信号的幅值、角度变化的时间序列信息；

S3.利用快速傅里叶变换分别对幅值和角度的信息在频域上进行分析，对比齿轮箱的特征频率，判断其健康状况，从而实现故障诊断。

本发明的技术构思为：通过采集由齿轮箱带动工作的发电机三相交流电的某一相电流信号，利用信号解调技术分别得到电流信号的幅值和角度信息变化的时间序列信息，利用快速傅里叶变换分别对幅值和角度的信息进行频域分析，对比分析齿轮箱的特征频率，从而判断其健康状况，实现故障诊断。

本发明的有益效果为：信号获取容易、成本较低、可靠性良好。

附图说明

图1为基于电流信号和解调技术的齿轮箱故障诊断方法流程；

图2为齿轮箱正常工作时发电机的电流信号；

图3为齿轮箱输入轴齿轮发生裂纹故障时发电机的电流信号；

图4为齿轮箱正常工作时发电机电流信号的包络谱图；

图5为齿轮箱输入轴齿轮发生裂纹故障时发电机电流信号的包络谱图；

图6为齿轮箱正常工作时发电机电流信号角度解调后的频谱图；

图7为齿轮箱输入轴齿轮发生裂纹故障时发电机电流信号角度解调后的频谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图7，一种基于电流信号和解调技术的齿轮箱故障诊断方法，所述方法包括以下步骤：

S1.采集由齿轮箱带动工作的发电机三相交流电的某一相电流信号；

S2.利用信号解调技术和三角函数计算分别得到电流信号的幅值、角度变化的时间序列信息；

S3.利用快速傅里叶变换分别对幅值和角度的信息在频域上进行分析，对比齿轮箱的特征频率，判断其健康状况，从而实现故障诊断。

下面以一增速比为10.6的二级齿轮箱带动300W永磁同步发电机工作的一个传动系为研究对象，齿轮箱输入轴和输出轴的转速分别为70.2rpm/min和744.0rpm/min，发电机的电流频率为86.8Hz。试验设置了两种状况，他们分别为：a为齿轮箱正常工作；b为齿轮箱输入轴上齿轮发生裂纹故障；图2和图3分别为这两种状况下发电机的电流信号；图4和图5为对应两种状况的发电机电流信号包络谱图；图6和图7为对应两种状况的发电机电流信号角度解调后的频谱图。

从图2和图3的电流信号上看不出齿轮箱在两种状况下的区别。从图4和图5中可以发现，除了在电流频率f＝86.8Hz处出现尖峰外，当齿轮箱输入轴上齿轮发生裂纹故障时候，在f＝1.2Hz及其倍频上出现了很多尖峰，这些频率对应为齿轮箱输入轴的转频及其倍频。从图6和图7中可以发现，除了在齿轮箱输出轴的转频f＝12.4Hz及其二倍频上出现尖峰外，当齿轮箱输入轴上齿轮发生裂纹故障时候，在f＝1.2Hz及其倍频上出现了很多尖峰，这些频率对应为齿轮箱输入轴的转频及其倍频。

从上面的结果可以看出，对发电机电流信号进行幅值解调和角度解调后，进行频谱分析，能准确地监测到齿轮箱中与故障相关的频率信息，可以有效的诊断齿轮箱故障，可见，本发明提出的基于电流信号和解调技术的齿轮箱故障诊断方法，简单易行，是一种能够有效保证齿轮箱可靠运行的故障诊断方法。