基于双谱分析的风力发电机轴承轴电流损伤识别方法研究

摘要

轴承是风力发电机组中的关键零部件，由于风力发电机的变频器采用脉冲宽度调制方式，在电机定子绕组中性点形成共模电压，电机轴上会感应出轴电压并产生轴电流，而轴电流会对风力发电机轴承造成损伤，缩短轴承使用寿命，严重影响风力发电机组的安全运行。因此，研究风力发电机轴承轴电流损伤识别方法具有重要的意义，主要研究工作如下： （1）搭建风力发电机轴电流损伤模拟试验台，采集了轴电流损伤轴承的故障振动信号，分析了轴承普通故障与轴电流损伤故障的时域频域信号特征，从其包络谱上可以看出，外圈点蚀和外圈轴电流损伤特征频率均呈现为外圈故障特征频率及其谐波频率，轴电流损伤故障特征频率幅值更大，高阶谐波频率相对减弱。 （2）基于调制信号双谱理论，研究一种基于最大集中载波频率的轴承电流损伤识别方法。轴承振动信号通过调制双谱分析构建了一个由信号频率和载波频率组成的双谱，对于同是外圈故障的点蚀和轴电流损伤故障，从最大载波频率的角度看，点蚀故障的最大载波频率集中2600Hz附近，而轴电流损伤故障最大载波频率集中在2400Hz附近。 （3）改善调制信号双谱算法，研究一种基于移频调制双谱的对角切片分析方法。首先通过调制信号双谱分析解调轴承振动信号，获取故障信号的最大载波频率，然后将调制双谱整体平移最大载波频率值的距离，至坐标原点，得到移频调制双谱，最后对移频调制双谱进行对角切片可以获得调制双谱的对角切片谱，提取出轴承的故障特征频率。该方法可有效降低故障谐波频率和频率混叠的影响，从多故障复合的轴承振动信号中提取出各故障的特征频率，结合双谱最大载波频率，分辨出轴承故障部位和故障类型。 （4）结合双谱和局部保持投影的特性，研究一种基于双谱局部保持投影的轴承故障诊断方法。首先通过希尔伯特变换对轴承振动信号进行包络解调和双谱计算，然后在保证双谱局部结构不变的情况下将信号双谱投影到本征维数空间，得到轴承的故障特征并进行故障模式识别。实验结果表明，该方法能有效识别轴承轴电流损伤故障，对包含轴电流损伤轴承故障的分类识别准确率可达96.25%以上。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题的研究背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 轴承轴电流损伤信号的振动特征分析

2.1 引言

2.2 轴承轴电流损伤实验

2.3 轴电流损伤轴承的振动信号采集与分析

2.4 本章小结

第3章 基于最大集中载波频率的轴承电流损伤识别方法

3.1 引言

3.2 双谱理论

3.3 调制信号双谱理论

3.4仿真实验分析

3.5 轴电流损伤识别实验分析

3.6 本章小结

第4章 基于移频调制信号双谱对角切片的轴承故障诊断方法

4.1 引言

4.2 移频调制信号双谱分析的提出

4.3 移频调制信号双谱分析的对角切片谱分析方法

4.4 基于移频调制信号双谱对角切片谱分析的轴承故障诊断

4.5 基于移频调制信号双谱对角切片谱分析的轴承轴电流损伤故

4.6 本章小结

第5章 基于双谱局部保持投影的轴电流损伤故障识别方法

5.1 引言

5.2 局部保持投影算法

5.3 双谱局部保持投影方法

5.4 基于双谱局部保持投影的故障仿真信号分析

5.5 基于双谱局部保持投影的轴电流损伤识别

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 研究展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的论文与科研成果清单

致谢