一种基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法

本发明涉及一种基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，属于转子动力学和机电耦合。

背景技术：

1、大跨度转子在日常生活中的应用广泛，是旋转机械的核心部件，而不对中是大跨度转子最为常见的故障之一，在大跨度转子常出现的故障中占比较大，机械故障有60％是有转子不对中故障引起。大跨度转子不对中故障可以分为平行不对中、转角不对中和平行转角不对中三种，而在实际工况中，一般二者兼而有之，或者以某种不对中故障为主出现。当大跨度转子出现不对中的故障情况时，故障大跨度转子在运行过程中对比正常运行模式下的大跨度转子更易产生一种附加弯矩，给轴承增加一种附加载荷，致使轴承间的负荷重新分配，形成附加激励，引起机组强烈振动，严重时导致轴承和联轴器损坏、地脚螺栓断裂或扭弯、油膜失稳、转轴弯曲、转子与定子间产生碰磨等严重后果，造成轴挠曲变形、机械振动等现象。这类现象在工程生产过程中存在极大的安全隐患，因此国内外学者关于大跨度转子不平行故障的研究有很多，实时监测大跨度转子运行状态，及时反馈运行情况，提早发现故障问题，充分保证大跨度转子所在设备的正常工作以及生产环境安全，能降低安全事故发生几率。

2、大部分的文献都是通过振动分析方法来研究大跨度转子的不对中故障，而将电流分析方法(msca)应用到大跨度转子角不对中故障的研究相对较少，而电流分析方法相对于振动分析方法具有信息集成度高、传递路径短、信噪比高等优点。现有对运行大跨度转子的故障监测以转矩检测和振动信号检测为主，鲜有基于机电耦合系统大跨度转子电流检测的故障诊断。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，通过拓展转子角不对中故障检测方式，以优化传统振动分析方法中检测仪器安装空间受限、信噪比低、传递路径长等不足。

2、本发明的技术方案是：一种基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，包括：

3、构建大跨度转子系统，所述大跨度转子系统至少包括转子机械系统和电机系统；

4、建立大跨度转子机械系统动力学数学模型和电机系统等效电路模型；

5、基于matlab\simulink联合建立机电耦合模拟系统；

6、监测所述机电耦合模拟系统中，由角不对中故障引起的电机自然坐标系下a相电流信号时域信号；

7、对所述电流信号时域信号进行信号处理得到其特征频率及幅值；

8、获得角不对中故障-电流信号映射关系；

9、监测历史电流信号特征频率及幅值，结合角不对中故障-电流信号映射关系，得到是否发生角不对中故障情况及角不对中量。

10、优先地，所述建立大跨度转子机械系统动力学数学模型包括：

11、基于2自由度运动，结合电动机-大跨度转子机械系统的结构特征，采用拉格朗日方法建立大跨度转子机械系统动力学模型。

12、优先地，所述建立电机系统等效电路模型包括：

13、首先采用反馈解耦及前馈控制方法建立对电动机转子d-q轴电压控制模型，然后在两相同步旋转d-q坐标系下获取电动机电磁特性，结合电动机d轴和q轴的电流、电感和磁链建立电动机等效电路模型。

14、优先地，所述基于matlab\simulink联合建立机电耦合模拟系统包括：

15、根据大跨度转子机械系统动力学数学模型、电动机等效电路模型、电动机转子d-q轴电压控制模型，基于matlab\simulink联合建立机电耦合系统。

16、优先地，所述监测所述机电耦合模拟系统中，由角不对中故障引起的电机自然坐标系下a相电流信号时域信号包括：

17、根据机电耦合系统计算大跨度转子机械系统出现角不对中故障时的力矩响应，结合电动机等效电路模型计算电动机自然坐标系下a相电流响应。

18、优先地，所述对所述电流信号时域信号进行信号处理得到其特征频率及幅值包括：

19、对不同角不对中量故障下所监测的电流时域信号进行傅里叶变换得到各组电流信号的特征频率及幅值。

20、优先地，所述获得角不对中故障-电流信号映射关系包括：

21、根据角不对中故障下的电流信号特征频率及幅值变化，结合不同角不对中量的对应关系，获得角不对中故障-电流信号映射关系。

22、优先地，所述监测历史电流信号特征频率及幅值，结合角不对中故障-电流信号映射关系，得到是否发生角不对中故障情况及角不对中量包括：

23、通过历史监测电机电流信号，对所监测的电流时域信号进行傅里叶变换得到各组电流信号的特征频率及幅值。并结合基于matlab\simulink联合建立机电耦合模拟系统所得角不对中故障-电流信号映射关系判断转子系统是否发生角不对中故障及角不对中量。

24、本发明的有益效果是：本发明基于matlab\simulink联合，对实际大跨度转子机械系统和电机等效电路模型建立机电耦合模拟系统，获得角不对中故障-电流信号映射关系。利用角不对中故障-电流信号映射关系，判断转子机械系统是否发生角不对中故障及角不对中量，此转子角不对中诊断方法拓展了转子角不对中故障检测方式，优化了传统振动分析方法中检测仪器安装空间受限、信噪比低、传递路径长等不足，此检测方法具有低成本、高可靠的优点。

技术特征：

1.一种基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，其特征在于，所述建立大跨度转子机械系统动力学数学模型包括：

3.根据权利要求1所述的基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，其特征在于，所述建立电机系统等效电路模型包括：

4.根据权利要求3所述的基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，其特征在于，所述基于matlab\simulink联合建立机电耦合模拟系统包括：

5.根据权利要求1所述的基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，其特征在于，所述监测所述机电耦合模拟系统中，由角不对中故障引起的电机自然坐标系下a相电流信号时域信号包括：

6.根据权利要求1所述的基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，其特征在于，所述对所述电流信号时域信号进行信号处理得到其特征频率及幅值包括：

7.根据权利要求1所述的基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，其特征在于，所述获得角不对中故障-电流信号映射关系包括：

技术总结
本发明涉及一种基于机电耦合系统大跨度转子角不对中故障诊断方法，属于转子动力学和机电耦合技术领域。首先建立转子机械系统动力学数学模型和电机系统等效模型，然后通过Matlab\Simulink联合建立机电耦合模拟系统，监测由角不对中故障引起的电机自然坐标系下A相电流信号时域信号后进行信号处理得到其特征频率及幅值，以获得角不对中故障‑电流信号映射关系。监测电流信号特征频率及幅值，结合角不对中故障‑电流信号映射关系，得到是否发生角不对中故障及角不对中量。本发明具有低成本、高可靠的优点。

技术研发人员：于印鑫,袁琦,魏鑫,许刘爽,余明杰
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1