[发明专利]用于检测感应式电机中的故障的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测感应式电机中的故障的方法，在该方法中在通量固定的(flussfesten)、特别是转子通量固定的(rotorflussfesten)坐标系中分析电流分量。

背景技术

这样的方法例如在US5644458中公知。此处将定子电压、定子电流和定子通量(Statorflüsse)从三相的坐标系转换到定子固定的(statorfeste)两相的坐标系。然后关于转子通量进一步转换到转子固定的坐标系。在电动机模型中将这些转换的参数与固定的参数进一步关联。将在该模型中事先计算的电流分量与当前的电流分量进行比较。在偏差大于在1％至25％的范围中的特定的百分比的情况下，假定在电动机中出现非特定的故障。

US 6 822 839 B2同样描述了从三相交流系统到一个两轴系统的普遍公知的坐标系转换。进行另一个转换，以获得关于有功功率和无功功率的信息。根据总的电动机无功功率，进行故障识别。然而该故障识别在具有负载的电动机的情况下说服力较小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，能够以简单的方式尽早地识别故障。

在本文开头提到的种类的方法中，所述技术问题通过如下解决：即在通量固定的、特别是转子通量固定的坐标系中对形成通量的电流分量进行频率分析。

也就是，在通量固定的、特别是转子通量固定的坐标系中从正交的电流分量i_vekd和i_vekq中分析首先提到的电流分量，其控制磁场。后提到的分量控制转矩。

每个磁通量对应于一个电感。在具有部分绕组短路(即，在一个绕组相的各个线圈之间的绝缘损失)的定子绕组故障的情况下，例如在相应的绕组相中的电感改变。在所有三个相中不再对称的电感引起形成通量的电流分量i_vekd的脉动，并且具体来说以双倍的馈电频率。在故障时磁通量不再恒定的情况下，在转矩或与其成比例的电流分量i_vekd中也出现以双倍的馈电频率的脉动。然而随着电动机负载增加，在绕组故障未改变的情况下在转矩曲线中的双倍的馈电频率的振幅减小，从而实际上不再可以利用该信号来代表在负载下的绕组故障。然而形成通量的电流分量i_vekd很大程度上独立于转矩大小，从而在额定负载下也能够毫无问题地确保利用该电流值进行故障探测。

优选对于至少一个预先确定的馈电频率确定一个当前的工作点并且将该工作点与前面的工作点进行比较。即，使用在不同的时刻在当前的数据和参考数据之间的比较用于判断。这样的比较比使用绝对值得到更高的判断可靠性。选择的工作点在此优选相应于在工作或驱动应用中实际出现的工作点。

前面的工作点优选相应于电机的无故障状态。例如可以假定，电机在交货状态(Auslieferungszustand)下是无故障的。当前的工作点与无故障的工作点的关系使得在电机变得不能运行的状态很早之前就可以进行非常灵敏的故障诊断。

对于频率分析优选使用傅里叶变换。利用快速傅里叶变换(FFT)，可以相对快速和可靠地获得在形成通量的电流分量中存在的频谱。然后根据该频谱可以判断，在电机中是否存在故障。

优选在具有预先确定的长度的时间窗内对测量值进行快速傅里叶变换。也就是在离散的时间段中获得频率信息。相应地，可以采集在数据组中的获得的分析值并且按顺序存储。这样的时刻的长度例如位于3至5秒范围。

优选在时间窗内保持馈电频率恒定。这点可以在限制长度的时间窗中容易地实现。如果在该时间窗中馈电频率改变，则丢弃相应的数据组。

同样具有优势的是，在时间窗内保持对称的电压。当时间窗具有限制的长度时，该条件也可以容易地满足。当对称性改变时，则丢弃相应的数据组。在此重要的是，相电压是对称的。在此不需要电压的高度。

优选计算至少一个临界频率并且分析在该临界频率下的频谱。即不需要分析通过快速傅里叶变换获得的整个频谱。而是对于故障情况的检测，可以限制到一个或少数几个临界频率。

在此具有优势的是，作为临界频率f_k，对于定子故障确定f_k＝2·f_sp，并且对于转子绕组故障确定f_k＝2(f_sp-n·p)。其中，

f_sp是馈电频率，

n是转子转数并且p是极对数。由此考虑如下事实，形成通量的电流分量在定子故障中以双倍的馈电电压脉动。在异步电机的转子绕组故障的情况下还考虑松弛(Schlupf)。