摘要：介绍了小波分析的方法，并利用于吸排气阀片损坏及压缩机停转故障诊断。小波分析可以将故障检测出来，及早地发现并预报故障。
关键词：小波分析；制冷压缩机；故障诊断
制冷压缩机出现故障时我们可以通过小波分析的方式进行诊断，小波分析就是一种窗口大小固定但形状可改变, 时间窗和频率窗都可变化的时域和频域局部化分析的方法,即在低频部分采用较高的频域分辨率,而在高频部分采用较高的时间分辨率,这正符合低频信号变化缓慢而高频信号变化迅速的特点。
1小波分析概述
制冷系统是一个比较复杂的系统，一般由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置等多个子系统组成。在蒸气压缩式制冷系统中广泛采用着各种压缩机，它是决定系统能力大小的关键部件，对系统的运行性能、噪声、振动、维护和使用寿命等有着直接的影响。小波分析或多分辨分析源于信号分析，它是近年来国际上掀起热潮的一个国际前沿领域，在英、法、美等国成为多学科共同关注的热点，被看成是调和分析这一数学领域半个世纪以来工作的结晶。原则上讲，传统上使用傅立叶分析的地方，现在都可以用小波分析取代。
其中窗口傅氏变换与小波变换都属于时-频分析，然而它们在性质上还是有颇大差异的，其中最主要的是：窗口傅氏变换对不同的频率成分在时域上的取样步长均是q0，而小波变换对不同的频率成分在时域上的取样步长是调节性的，高频者（对应于小的m值）小，低频者（对应于大的m值）大。可见，小波分析优于傅立叶变换的地方是，它在时域和频域同样具有良好的局部化性质，而且由于对高频成分采用逐渐精细的时域或频域取样步长，从而可以聚焦到对象的任意细节，从这个意义上讲，它被人们誉为“数字显微镜”。
2小波分析压缩机故障
2.1吸排气阀片损坏
系统在250时刻之前正常运行，240时刻开始将压缩机吸排气阀部分加大，至350时刻将吸排气阀再进一步加大，来模拟压缩机吸排气阀片损坏这一故障。系统的压缩机吸气压力和温度因旁通而变大，压缩机的排气压力较低，排气温度升高，因此制冷量减小，压缩机功率下降。
2.2压缩机停转
系统在230时刻之前正常运行，230时刻开始将压缩机关闭，至520时刻再将冷间的电加热器关闭，来模拟压缩机停机这一故障。压缩机停转后，系统的冷间温度将因无制冷量而显著上升，压缩机进口处的压力和温度因而变大，压缩机出口处的压力和温度不断降低，压缩机功率下降至零。系统各阶小波处理结果均可在230时刻，压缩机停转处附近，出现明显的突变信号。不仅如此，在520时刻将冷间电加热器关闭之后，系统部分小波处理的结果，仍能作出显著反应，其中d1、d2发生明显变化，这说明凡是对系统来说的突变信号都可以从小波处理的结果中被观察到。
2.3小波分析对往复压缩机振动信号的降噪处理
利用多分辨率法从上面的分解结果可看出,每次仅对上次分解结果的低频部分进行再分解,而高频部分保留不动,所以对每次分解的高频部分只能知道信号的一个较大的频率范围。小波包分析对此进行了改进,它同时可在高频和低频部分进行分解,自适应地确定信号在不同频段的分辨率。图 1是信号的时域波形, 从图上可以看出 ,该信号是一时变信号,且随着时间的推移信号频率增大,噪声增强 ,采用滤波器长度为 M=8的 db小波进行分解 ,该小波函数及对应的尺度函数的时频曲线图2所示 , 小波函数是一高频滤波器 , 尺度函数是一低频滤波器。对该函数进行 3级分解 ,到第三级信号特征已经明显提取出来如图3。从分解结果可以看出, 每次分解都保留了信号的时间特征, 同时又能知道它包含的频率成分所处的频率范围。
结束语
小波分析的预处理方法，在对制冷压缩机的故障先兆的寻找过程中，能克服传统方法的一些缺陷，可适用不同故障的不同频宽和时宽的特性变化，有效地标定出变化点，勾画出变化特性。由于在制冷压缩机故障发生时，系统的各个检测量将发生代表故障的特征变化，但这种变化通常是瞬态的，所以在出现这种变化时就能用小波分析的方法捕捉住它，对于及早地发现并预报故障有很大作用。
图1 数字信号的时域波形
图2 小波函数和尺度函数的时频图
图3 小波包分解的第三级分解结果
参考文献
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论文作者:肖学武,鄢平
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/26
标签：小波论文; 压缩机论文; 信号论文; 时域论文; 分解论文; 故障论文; 低频论文; 《电力设备》2019年第1期论文;