带式输送机永磁直驱电滚筒失磁分析及故障检测研究

作     者：邓才明 

作者单位：河北工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨立洁

授予年度：2022年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：永磁直驱电滚筒 失磁特性分析 空载反电动势数学模型 故障检测 小波变换 

摘      要：目前我国煤矿行业积极推进节能降耗,绿色发展的道路,永磁直驱电滚筒具备效率高、结构简单、安装空间集中等优点,因而逐渐取代异步电机应用于带式输送系统。然而带式输送机永磁直驱系统实际运行过程中,在高温、大电流和过载等单因素或多种因素复合影响下永磁直驱电滚筒会发生失磁故障,导致空载电势下降,性能退化,严重时甚至损害设备自身,对人身安全构成威胁。因此进行永磁直驱电滚筒失磁分析,以及永磁直驱电滚筒失磁故障检测研究对提高带式输送系统运行的可靠性具有非常重要的意义。论文主要研究内容如下:针对永磁直驱电滚筒失磁原因不明、失磁过程不清以及失磁故障下对结构参数影响未知等问题,本文进行了永磁直驱电滚筒失磁故障分析。永磁直驱电滚筒主要由永磁体、定子和转子等组成,其永磁体材料为硬磁性钕铁硼;在分析钕铁硼强磁材料磁化和回复特性基础上,进行了永磁直驱电滚筒的永磁体的失磁方式和机理分析,得出大电流、高温以及材料的自身缺陷等是失磁故障发生的主要因素;并通过分析失磁故障发生的过程以及磁路结构、永磁体、定子结构,揭示失磁故障下永磁体的磁能积、等效面积、等效厚度和定子轭部等效高度的变化规律。基于Maxwell进行永磁直驱电滚筒失磁特性仿真分析。针对不同程度失磁故障与永磁直驱电滚筒电气参数之间的关系,建立ABC坐标下永磁直驱电滚筒的定子电压和磁链矢量方程,并基于Maxwell建立失磁故障有限元二维仿真模型,通过模型分析永磁直驱电滚筒在健康、失磁25%、失磁50%和失磁75%状态下的特性,获得不同程度失磁故障下最大磁密的值分别为1.1399Tesla、0.9791Tesla、0.6454Tesla和0.3188Tesla。不同程度失磁故障与健康状态下相比,输出转矩分别下降21.81%,47.26%,71.70%;电流分别增加0.77%,2.32%,4.64%。基于空载反电动势进行永磁直驱电滚筒失磁故障分析。针对均匀和局部失磁故障问题,遴选失磁故障特征量,建立两种不同类型的空载反电动势数学模型。依据所建立的模型解析计算出健康状态以及不同失磁故障状态下空载反电动势,通过有限单元法验证所建立的模型,由于模型解析是基于一定的假设条件下,所以模型解析计算值比仿真测试值大。在健康和不同程度的失磁故障状态下,模型解析计算最大值分别为210V、160V、114V和68V;仿真测试条件下,得到最大反电动势值分别为202V、154V、110V和66V。通过对数据进行误差分析,得出两者之间误差均低于3.81%。永磁直驱电滚筒失磁故障检测研究。设计失磁故障模拟方案,搭建永磁直驱电滚筒样机模拟实验平台,开展样机测试与验证工作。运用小波变换对获得的A相电流信号进行降噪处理,将降噪后电流信号转换成灰度图像。在灰度图像中,不同断层的信号形成不同的纹理,使用LBP从这些图像中获取纹理特征,根据获得的特征采用邻近算法(KNN)进行故障特征信号分类检测,失磁故障检测综合准确率达到了98.61%以上。本文样机测试结果与所研究的理论结果有比较好的一致性,说明所选取的故障特征量是有效和可行的,表明所提方法和所建立模型的正确性和可靠性。