[发明专利]用于检测运转的电机中的绝缘状态劣化的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在线检测检测电机中或电机处的绝缘状态劣化的方法和装置。

背景技术

逆变器控制的电机越来越多地应用在非常广阔的领域范围。具体地说，这种驱动系统不仅用作工业中的标准，而且用在牵引系统中，特别用在安全关键系统中。在这方面，针对这些系统的条件对这些系统进行预防性监测并维持这些条件变得越来越重要。这种电机反复发生故障的一个主要原因是由于绝缘劣化，特别是由于定子绕组上的绝缘劣化。研究表明，全部故障中的大约30%到40%的故障与定子相关，在这些与定子相关的故障中，又有大约70%的故障由于绕组绝缘或到地绝缘中发生劣化或故障引起的。

当利用逆变器进行操作时，定子绕组的绝缘受到特别高的应力。在这方面，重要的是热应力、电应力、机械应力和环境应力。随着时间的推移，这些应力导致绝缘劣化，并且会导致电机本身或具有该电机的整个驱动系统发生严重故障。

然而，绝缘状态劣化不仅会发生在绕组内，而且还会发生在电源导体或电气布线处。这里，绝缘劣化或缺陷也是电机发生故障的原因。因此，在这里，绝缘状态变化也应该被尽可能快地检测到。

在现有技术中，已经提出了用于检测绝缘缺陷的各种在线和离线方法，例如在Grubic S.等人的文章“A survey on Testing and Monitoring Methods for Stator Insulation Systems of Low-Voltage Induction Machines Focusing on Turn Insulation Problems”（IEEE Transactions on Industrial Electronics,第55卷第12期，第4127－4136页,2008）中公开了对各种技术的调查和评估。具体位于线圈的各个绕组之间的绝缘劣化的检测被主要描述为“可使用离线测试”，用于这种类型电机的在线测试的示例是所谓的PD方法（PD－部分放电），其缺点在于，其应用必须附加的昂贵设备。然而，从该文献获得的主要结论是如下事实：诸如特别是所谓的浪涌测试之类的离线方法是极其有效的。这种离线测试的缺点是这些检查或测试不能连续地进行，而是只能以相对长的时间间隔进行。然而，重要的是提供一种大致连续的监测，即在线监测，来检测绝缘状态中的任何劣化。

从Grubic S.等人的“A New Concept for Online Surge Testing for the detection of Winding Insulation Deterioration”（Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE),第2747-2754页,2010）已知一种关于绕组绝缘劣化检测的在线测试的概念。在该技术中，提出了电压供应电路（供电电路）中的电气元件特别是感应器的不同形式的断开和连接，并且例如还将马达与电源隔离。在这种情况下，也必须向马达供应电压水平增加的多个脉冲。该技术相对复杂并且耗时。

JP2010-268645A描述了一种用于测试AC马达的绝缘特别是机动车辆AC马达的绝缘的技术。具体地说，这里检测电机绕组相对于电机壳体即地的绝缘状态，其中始终检测中性点（零点）的电流，在这种情况下，还可以评价由于激励而引起的该零点电流的瞬态。利用在每种情况下都必需的单独附加传感器来测量逆变器和电机之间的总电流或测量电机壳体和地之间的电流或测量逆变器壳体和地之间的电流来检测所需的参数。只有通过比较来自至少两个马达的测量结果才可能检测绝缘劣化。

从US6,483,319B1已知一种用于进行宽带阻抗响应测试来检测定子绕组的任何迫近故障的方法。该阻抗响应可以通过向定子绕组施加离散频率而获得，不过导致低分辨率。

在WO03/087855A1中描述了马达控制器中的电流的测量，其中为了降低信噪比，还公开了在测量信号中提供过采样。在该文献中没有解决绝缘状态的调查。

RU2208236C2描述了在电机绕组绝缘诊断情况下的陡峭电压波的电压信号的评估，该评估需要在马达的端子处另外安装电压仪器。