一种鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法及故障注入器技术

本发明专利技术涉及电机技术领域，公开了一种鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法及故障注入器，可提高转子导条故障注入的真实性和有效性；本发明专利技术的方法包括：将鼠笼式异步电机中故障转子的断裂导条视为开路，构建所述故障转子两端环间的电压方程数学表达式；将转子等效为静止的两相绕组，引入转子电压系数，根据所述故障转子两端环间电压方程的数学表达式分别建立电机转子在故障和正常时的转子电压方程；根据该转子电压方程设置故障注入参数进行故障注入。

A Fault Modeling Method and Fault Injector for Rotor Bar Breakage of Squirrel Cage Asynchronous Motor

【技术实现步骤摘要】
一种鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法及故障注入器
本专利技术涉及电机故障注入
，尤其涉及一种鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法及故障注入器。
技术介绍
转子断条是鼠笼式异步电机常见故障之一，其异常工作会影响系统的稳定运行。导致转子断条故障的原因通常为电机在长期运行中，由于周期性间歇运行或频繁启动，造成转子上电磁应力急剧变化，加之自身设计不合理等缺陷，容易引起转子导条过热，振动加剧，从而导致转子导条断裂。当电机出现转子导条故障时，会造成电机的启动时间加长、定子电流增大、效率降低等现象，严重时甚至会导致事故的发生。因此，对于异步电机导条故障的研究已经成为热点。目前，在对鼠笼式异步电机转子断条故障模拟时，通常采用的方法是直接破坏电机转子导条或改变转子导条的电阻值，但直接破坏电机导条是一项破坏性不可逆试验，破坏性程度单一且存在很多不可控因素。通过改变转子某相的电阻值而模拟转子断条故障的方法虽然能很好的反映转子断条故障时的电流电压信号的特征特点，但由于没有考虑电抗的变化对电机电流电压的影响，具有一定的不准确性。因此，现需提供一种异步电机转子断条故障建模方法及故障注入器，提高转子导条故障注入的真实性和有效性，为异步电机转子断条故障的检测与诊断等技术研究提供真实可靠的模拟环境。
技术实现思路
本专利技术目的在于公开一种鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法及故障注入器，以提高转子导条故障注入的真实性和有效性，为异步电机转子断条故障的检测与诊断等技术研究提供真实可靠的模拟环境。为实现上述目的，本专利技术公开了一种鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法，包括以下步骤：S1：将鼠笼式异步电机中故障转子的断裂导条视为开路，构建所述故障转子两端环间电压方程的数学表达式；S2：将转子等效为静止的两相绕组，引入转子电压系数，根据所述故障转子两端环间的电压方程的数学表达式分别建立电机转子在故障和正常时的转子电压方程；S3：根据S2中的转子电压方程设置故障注入参数进行故障注入。优选地，所述S1具体包括以下步骤：S11：为异步电机的每根转子导条进行编号，计算异步电机单根转子导条两端的感应电势，计算公式为：ui＝|U|cos[γ(i-1)-(ωs-ωr)t]；(1)式中，ui为转子第i根导条的感应电势，i＝1,2,…,K，K为转子导条根数，U为感应电动势的最大值，γ为两根导条之间的圆心夹角，ωs为定子磁链的转速，ωr为转子的电角速度，t为电机转过的空间电角度所用的时间；S12：将转子各导条产生的感应电动势叠加，计算转子两端环间电压方程的数学表达式，计算公式为：式中，ur为转子两端环间的电压；S13：计算故障发生后故障转子两端环间电压方程的数学表达式，计算公式为：式中，urf为故障后两端环间的电压，C＝{1,2,…,k}为异步电机中所有导条编号集合，为异步电机中所有断裂导条编号的集合。优选地，在导条完全断裂情况下，故障转子在相对定子静止坐标系αβ下的转子电压计算公式为：式中，u2sf为相对定子静止坐标系αβ下的转子端环电压的向量表示，u2sf(1)为转子端环电压在α轴上的分量，u2sf(2)为转子端环电压在β轴的分量。优选地，所述S2中具体包括以下步骤：S21：引入用于描述转子导条断裂严重程度的转子电压系数为：式中，Kfi为编号为i的转子导条电压系数，且0≤Kfi≤1，Kfi＝0表示导条完全断裂，Kfi＝1表示导条完全正常，0＜Kfi＜1表示导条未完全断裂，Uri为编号为i的未完全断裂导条两端的感应电动势最大值，且Uri≤|U|；S22：将转子端环电压从相对转子静止的坐标系dq变换到相对定子静止的坐标系αβ，综合考虑各根导条的断裂情况，计算导条未完全断裂情况下，所述故障转子在相对定子静止的坐标系αβ下的转子端环电压方程，计算公式为：S23：建立正常运行情况下，异步电机转子在相对定子静止坐标系αβ下的电压方程为：式中，urα为电机转子在相对定子静止坐标系下α轴的电压，urβ为电机转子在相对定子静止坐标系β轴的电压，且urα＝urα＝0，Rr为电机转子在相对定子静止坐标系下的相电阻，irα为电机转子在相对定子静止坐标系下α轴的电流，irβ为电机转子在相对定子静止坐标系β轴的电流，p为微分算子，ψrα为电机转子在相对定子静止坐标系下α轴的磁链，ψrβ为电机转子在相对定子静止坐标系下β轴的磁链；S24：建立异步电机转子正常与故障时在相对定子静止坐标系下的转子电压方程，计算公式为：当u2sf(1)＝u2sf(2)＝0时，公式(8)为电机正常运行状态；当u2sf(1)≠0、u2sf(2)≠0时，公式(8)为电机转子断条故障运行状态。优选地，所述方法还包括步骤：构建转子断条故障注入器，设置故障注入参数，将所述故障注入参数输入所述故障注入器，由所述故障注入器实现故障注入。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种鼠笼式异步电机转子断条故障注入器，包括：用户接口，用于接收用户设定的故障注入信息，所述故障注入信息包括故障注入时间和故障参数，并将所述故障注入信息传递给控制单元；控制单元，用于将用户接口传来的故障注入信息传递给各子结构，所述子结构包括故障注入逻辑控制器、电压信号生成模块、以及模型切换模块；其中，所述故障注入逻辑控制器根据所述故障注入时间向模型切换模块发出模型切换指令；所述电压信号生成模块根据所述故障参数实时生成转子电压信号；所述模型切换模块根据模型切换指令选择模型库中的模型，模型库中包含鼠笼式异步电机的正常模型和故障模型；模型库，包含鼠笼式异步电机的正常模型和故障模型以用于模型切换并实现故障注入。综上，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法，引入了用于描述转子导条断裂严重程度的转子电压系数的概念，将断裂导条视为开路，通过建立端环电压方程来对电机转子断条故障进行模拟，可完成对鼠笼式异步电机转子断条的建模以及故障注入，打破常规的电机转子断条故障模拟方法，提高转子导条故障注入的真实性和有效性，为异步为电机转子断条故障的检测与诊断等技术研究提供真实可靠的模拟环境。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术实施例的鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法流程图；图2是本专利技术实施例的实验仿真平台部分器件框架图；图3是本专利技术实施例的异步电机转子鼠笼结构示意图；图4是本专利技术实施例的异步电机转子断条故障时定子侧电流图；图5是本专利技术实施例的异步电机转子断条故障时定子侧部分放大电流图；图6是本专利技术实施例的异步电机转子断条故障时定子侧电流频谱图；图7是本专利技术实施例的故障注入器结构图；图8是本专利技术实施例的故障注入参数设置界面图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1参见图1，本实施例提供一种鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法，包括以下步骤：S1：将鼠笼式异步电机中故障转子的断裂导条视为开路，构建故障转子两端环间的电压方程的数学表达式；S2：将转子等效为静止的两相绕组，引入转子电压系数，根据故障转子两端环间的电压方程的数学表达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将鼠笼式异步电机中故障转子的断裂导条视为开路，构建所述故障转子两端环间电压方程的数学表达式；S2：将转子等效为静止的两相绕组，引入转子电压系数，根据所述故障转子两端环间的电压方程的数学表达式分别建立电机转子在故障和正常时的转子电压方程；S3：根据S2中的转子电压方程设置故障注入参数进行故障注入。

【技术特征摘要】
1.一种鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将鼠笼式异步电机中故障转子的断裂导条视为开路，构建所述故障转子两端环间电压方程的数学表达式；S2：将转子等效为静止的两相绕组，引入转子电压系数，根据所述故障转子两端环间的电压方程的数学表达式分别建立电机转子在故障和正常时的转子电压方程；S3：根据S2中的转子电压方程设置故障注入参数进行故障注入。2.根据权利要求1所述的鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法，其特征在于，所述S1具体包括以下步骤：S11：为异步电机的每根转子导条进行编号，计算异步电机单根转子导条两端的感应电势，计算公式为：ui＝|U|cos[γ(i-1)-(ωs-ωr)t]；(1)式中，ui为转子第i根导条的感应电势，i＝1,2,…,K，K为转子导条根数，U为感应电动势的最大值，γ为两根导条之间的圆心夹角，ωs为定子磁链的转速，ωr为转子的电角速度，t为电机转过的空间电角度所用的时间；S12：将转子各导条产生的感应电动势叠加，计算转子两端环间电压方程的数学表达式，计算公式为：式中，ur为转子两端环间的电压；S13：计算故障发生后故障转子两端环间电压方程的数学表达式，计算公式为：式中，urf为故障后两端环间的电压，C＝{1,2,…,k}为异步电机中所有导条编号集合，为异步电机中所有断裂导条编号的集合。3.根据权利要求1所述的鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法，其特征在于，在导条完全断裂情况下，故障转子在相对定子静止坐标系αβ下的转子电压计算公式为：式中，u2sf为相对定子静止坐标系αβ下的转子端环电压的向量表示，u2sf(1)为转子端环电压在α轴上的分量，u2sf(2)为转子端环电压在β轴的分量。4.根据权利要求1所述的鼠笼式异步电机转子断条故障建模方法，其特征在于，所述S2中具体包括以下步骤：S21：引入用于描述转子导条断裂严重程度的转子电压系数为：式中，Kfi为编号为i的转子导条电压系数，且0≤Kfi≤1，Kfi＝0表示导条完全断裂，Kfi＝1表示导条完全正常，0＜Kfi＜1表示导条未完全断裂，Uri为编号为i的未完全断...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭涛，胡晓蕊，提军伟，方帝凯，阳春华，陶宏伟，杨超，陈志文，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43