一种变频器驱动感应电机定子匝间短路故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及故障诊断技术领域，特别涉及一种感应电机定子匝间短路故障诊断的 方法。
【背景技术】
[0002] 在工业现场，感应电机是使用范围最为广泛的电机机种，具有结构简单、价格低 廉、鲁棒性好等特点。然而由于制造工艺、现场环境等问题，运行中的电机会出现定子局部 过热、绝缘组件性能退化等问题。变频调速系统中常见的暂态过电压进一步加快了老化过 程，从而引起电机定子故障，业界内通常认为严重的定子故障由早期定子匝间短路开始。
[0003] 感应电机的故障诊断技术是上述问题的一种有效解决方案，该技术旨在快速地在 线检测电机早期定子匝间短路故障的发生，以便及时停机维修或启动备用设备，保证严格 工况下的正常生产，避免恶性事故的发生，因此具有重大实际意义。
[0004] 现有应用中，在线故障检测往往是基于额外的噪声传感与振动传感实现的。此外， 利用红外热成像仪进行人工例行巡检也是工业现场常见的检测手段。随着人工成本的提高 与微处理器计算能力的提升，越来越多的检测方式开始利用电压（或电流）传感器检测信 号，并使用微处理器对每台机组数据进行实时分析，从而实现检测。
[0005] 各种利用电压信号的检测技术，如电机基波零序电压、瞬时功率检测等方法被分 别提出，然而此类方法需要对电机附加三个电压传感器。一种改进的技术使用附加平衡电 阻来将电压传感器的数量降低到一个，但对于附加电阻的参数选择要求较高。随着变频器 电机驱动系统的普及，一些现场开始使用注入高频电压信号并检测电机高频谐波响应的方 式，来解决变频调速电机多转速、变负载所带来的影响。但是额外的注入信号不但会产生高 频噪声，还会增加软件负担、提升电机损耗，不适于长时间在线使用。
[0006] 除此之外，变频调速系统具有多种脉冲宽度调制（PWM)方式，常见的包括正弦调 制（SPWM)与矢量调制（SVPWM)，这些调制对检测的影响各不相同，现有技术中少有关注这 一问题。与此同时，以上利用零序电压检测的技术，由于缺少电机理论模型的推导，很难实 现变频调速中各种运行模式下故障指标的统一。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是，针对现有技术中存在的不足，提出一种在线变频器驱动感应电 机定子匝间短路检测方法。该方法计算简单、易于实现、鲁棒性高，对感应电机参数要求低。 仅需要附加一个电压传感器，通过提取并检测变频器自身开关旁带谐波零序分量，实现电 机系统的开环、闭环调速等多种运行状态故障检测，适用于SPWM、SVPWM等多种调制方式， 应用范围广、动态效果好、识别精度高，可以实时地诊断定子匝间短路故障，并给出故障程 度指标。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种适用于变频器驱动的感应电机定 子匝间短路故障诊断方法，包括以下步骤：
[0009] (1)将直流母线电容中点z与感应电机中点s连接至电压传感器输入端，采集电压 Vsz，根据：
[0010] V0s= v0z-vsz (1)
[0011] 其中，Vtls为相对于电机中点s的零序电压，V &为相对于直流母线中点z的零序电 压，其中变频器系统VtJ言号中1+24谐波分量为零，将公式⑴化为：
[0012] V0iHZi=-Vo2fi (2)
[0013] 其中，fc为载波频率，f为调制波频率，V/及/,为^中f Wf1频率分量，4/別 为Vsz中1+24频率分量；
[0014] (2)将Vsz信号进行频谱移动、防混叠滤波、降采样、窄带滤波与反变换处理，提取 电压V sz中频率为f。的逆变器调制开关谐波^ / ;将原始信号数据减去提取出的f。开关谐 波分量vH，得到ν' sz。
[0015] Vsz =Vsz-Vsz (3)
[0016] (3)记为电机运行基波频率，将三相逆变器电压中的f ε+2?\分量作为三相注入 高频源，将步骤2得到的零序电压信号ν' sz进行频谱移动、防混叠滤波、降采样以及低通滤 波，提取1+2^分量幅值匕_ />2Λ ;
[0017] (4)根据当前直流母线电压Ud。与调制比Μ，查询电机运行状态下相电压f。+2心分 量的幅值1/,+2/,;
[0018] (5)将计算得到的故障指标Tl同阈值Θ _进行比较，确定是否处于故障情况，如 果η > θ thr，则电机处于故障情况；其中故障指标的计算公式如下：
【主权项】
1. 一种适用于变频器驱动的感应电机定子应间短路故障诊断方法，其特征在于，包括 W下步骤： (1) 将直流母线电容中点Z与感应电机中点S连接至电压传感器输入端，采集电压V,,， 根据： V〇s= V〇z-Vsz (1) 其中，V。,为相对于电机中点S的零序电压，V。为相对于直流母线中点z的零序电压， 由于变频器系统vj言号中f 谐波分量为零，将公式（1)化为： V〇 一。+2/；=-V/W, 似 其中，f。为载波频率，f 1为调制波频率，v〇._4+2/i为V。,中f c+2fi频率分量，为v,z 中f；+2fV频率分量； (2) 将vj言号进行频谱移动、防混叠滤波、降采样、窄带滤波与反变换处理，提取电压 V,,中频率为f。的逆变器调制开关谐波S将原始信号数据减去提取出的f。开关谐波分 量Vs_-(，得到 V' 口尤 (3) (3) 记f 1为电机运行基波频率，将S相逆变器电压中的f t+2f 1分量作为S相注入高频 源，将步骤2得到的零序电压信号V' 行频谱移动、防混叠滤波、降采样W及低通滤波，提 取fe+2f汾量幅值^_-_批/；; (4) 根据当前直流母线电压叫。与调制比M，查询电机运行状态下相电压f t+2f汾量的 幅值K,_.(刮； (5) 将计算得到的故障指标n同阔值0tht进行比较，确定是否处于故障情况，如果n > e thr，则电机处于故障情况；其中故障指标的计算公式如下：
(4) 其中，为Vsz中f e+2fi分量的幅值，础为相电压中fe+2fi分量的幅值，L。为 电机定子漏感。
【专利摘要】本发明公开一种变频器驱动感应电机定子匝间短路故障诊断方法，该方法计算简单、易于实现、鲁棒性高，对感应电机参数要求低。仅需要附加一个电压传感器，通过提取并分析变频器开关旁带谐波零序分量，实现电机系统的开环、闭环调速等多种运行状态故障检测，适用于SPWM、SVPWM等多种调制方式，应用范围广、动态效果好、识别精度高，可以实时地诊断定子匝间短路故障，并给出故障程度指标。
【IPC分类】G01R31-02, G01R31-34
【公开号】CN104597367
【申请号】CN201510006703
【发明人】黄进, 刘赫, 侯招文, 王彤, 赵力航
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月7日