[发明专利]用于检测电动机器中的故障状态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于识别电动机器中的故障的方法和系统。

背景技术

电动机器中的故障检测是用于确保机器的可靠工作的重要问题。故障被检测得越早，就能越好地规划维护，因此避免发生不可控的机器停机以及由于事故的严重损坏。常规地，机器的机械和电子特性被用于识别故障。例如，机械振动以及机器内的电流性能已经被用作了故障指示。并联连接的绕组分支之间的循环电流已经被认为是良好的故障指示，因为它们在理想情况下对于正常状态而言等于零，并且由于机器内的任何不对称而增大。循环电流使得能够在非常早的阶段检测故障状态，例如转子条的破裂(在条完全断开之前)、匝间短路、偏心问题等。

虽然循环电流在理论上提供了一种在早期阶段检测机器故障的有所改进的方法，但是在实现获取并处理相关数据的方法时存在许多实际的困难。这样的实际困难包括找出最佳故障指示以及学习正确地解释结果。循环电流能够在机器的许多不同位置进行测量，并且对测量进行安排是困难的，这是因为电流传感器可能需要被集成到机器的绕组之中。因此，该方法最适用于高功率电机和发电机，其中有足够的空间来将电流传感器定位在机器内部。此外，需要专门技能正确地解释测量结果以便能够实际检测到故障状态。仍然期望对现有的故障检测方法进行改进以便更为可靠地检测不同类型的故障。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种用于检测电动机器中的故障的有所改进的方法。

该目标通过根据所附权利要求1的方法而实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于识别电动机器中的故障状态的方法，在该电动机器中，至少一个定子或转子具有并联的绕组分支。该方法包括步骤：执行第一测量以便获得两个并联绕组分支之间的循环电流数值的第一集合，其中每个绕组分支包括单个线圈；对循环电流数值的第一集合应用频率分析以获得至少一个频率分量；并且基于该至少一个频率分量确定该电动机器的故障状态。

通过测量两个包括单个线圈的并联绕组分支之间的循环电流，，能够获得机器中的故障状态的稳健指示。由于该故障指示在循环电流的频谱中获得，所以必须进行频率分析以便能够确定故障状态。

根据本发明的一个实施例，故障状态是以下之一：动态偏心、静态偏心、转子中的匝间短路、定子中的匝间短路。虽然本领域技术人员能够意识到，该方法可以被用来诊断电动机器及其相关联负载中的其它故障，但是给定故障状态是电动机器中最为常见的并且在实践中最为重要的那些故障状态。在实践中，电动机器受到给定故障状态的组合的影响。

根据本发明的一个实施例，该方法包括步骤：基于该至少一个频率分量具有数值(2k+1)f_s±f_r，其中k＝(0,1,2,3,...)，f_s＝供电频率且f_r＝电动机器的旋转频率，确定该机器受到动态偏心的影响。该给定频率已经被发现是动态偏心的明显指示。

根据本发明的一个实施例，该方法包括步骤：基于该至少一个频率分量具有数值kf_s，其中k＝(0,1,2,3,...)且f_s＝供电频率，确定该机器受到静态偏心的影响。该给定频率已经被发现是静态偏心的明显指示。

根据本发明的一个实施例，该方法包括步骤：基于该至少一个频率分量具有数值kf_r，其中k＝(0,1,2,3,...)且f_r＝该电动机器的旋转频率，确定该机器受到转子中的匝间短路的影响。该给定频率已经被发现是转子中的匝间短路的明显指示。

根据本发明的一个实施例，该方法包括步骤：基于该至少一个频率分量具有数值(2k+1)f_s，其中k＝(0,1,2,3,...)且f_s＝供电频率，确定该机器受到定子中的匝间短路的影响。该给定频率已经被发现是定子中的匝间短路的明显指示。

根据本发明的一个实施例，该电动机器是同步电机或发电机。本方法在识别同步电动机器中的故障状态时是特别有效的。

根据本发明的一个实施例，该第一测量利用两个电流传感器来执行以便从两个并联绕组分支获得分支电流信号，并且使用运算放大器在该分支电流信号已经被转换至数字域中之后或使用数学减法从该分支电流信号导出该循环电流数值的第一集合。根据这里所提供的测量装置即使在两个绕组分支彼此不同时也能够相对容易地实施。

根据本发明的一个实施例，该第一测量利用差分电流传感器来执行。测量结果预计在使用差分电流传感器时更为准确。