[发明专利]基于高频信号注入的电机匝间短路故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于高频信号注入的电机匝间短路诊断方法，用于解决电机绕组匝间短路故障的高精度识别问题，属于测量、测试的技术领域。本申请向拟发生绕组匝间短路故障的电机两相绕组注入幅值相等、相位相差180°的正弦高频电流，从两相线电压中提取与注入高频信号频率相同的高频分量，计算出故障特征量。根据故障特征量与设置的门槛值的比较结果得出注入高频电流的两相绕组是否发生匝间短路故障的结论并记录绕组状态，拟合每个绕组与其它绕组注入高频电流后确定的绕组状态乘积得到识别故障相绕组的标志位，并给出电机绕组诊断结果。本发明能够在线进行电机绕组匝间短路的诊断，对匝间短路故障有较高的灵敏度。

技术领域

本发明属于电机故障诊断技术，尤其是基于高频信号注入的电机绕组匝间短路故障诊断方法，属于测量、测试的技术领域。

背景技术

永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine)采用永磁体提供转子磁通，舍去了复杂的励磁装置，具有功率因数高、运行效率高、可靠性高等优点，近些年来在风力发电和电动汽车等领域得到了广泛的应用。

永磁同步电机故障主要包括两类，一类是包含定子绕组短路故障和转子失磁故障等故障类型的电磁故障；另一类为包含转子偏心和轴承损坏等故障类型的机械故障。与定子绕组相关的大部分故障最初都是由一个线圈的几匝绝缘失效引起的，这种故障称为绕组匝间短路故障。若匝间短路故障未能及时处理，有可能引起永磁电机绕组短路故障的扩大，造成两相局部短路、双相短路，甚至是三相绕组短路等更严重的故障。

目前，学者已经提出了一些方法来诊断永磁同步电机的匝间短路故障，如基于电流信号分析的负序电流法、定子电流Park矢量法、零序电压法、探测线圈法等。但是现有的方法存在一定的不足，一方面是采用的基频信号或低次谐波信号对早期匝间短路故障的灵敏度较差；另一方面，现有诊断方案的特征易受到工况变化、不平衡负载等因素的影响，从而影响故障诊断结果。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了基于高频信号注入的电机匝间短路故障诊断方法，采用间歇性注入高频信号的方式灵活安排电机相绕组匝间短路检测，提高了匝间短路故障的检测灵敏度，解决了现有电机匝间短路故障的检测灵敏度较差且诊断结果易受工况变化等因素影响的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

基于高频信号注入的电机匝间短路故障诊断方法，包括如下步骤：

(1)利用旋转高频电流注入法在电机两相绕组(以AB相为例)注入幅值相等、相位相差180°的高频电流信号，注入信号频率通常取电机额定频率的10倍左右；

(2)在高频电流注入后，获取输入SVPWM环节的两相静止坐标系下电压信号v_α和v_β，通过坐标变换计算得到AB相线电压并提取出高频分量v_ab,dh,和v_ab,qh，基于健康电机的高频分量值计算得到故障特征量E_f。

(3)根据设定的门槛值E_th，判断是否出现匝间短路故障。若E_fE_th，则在AB两相中存在匝间短路故障，并赋值给绕组状态值f_ab＝1；若E_f≤E_th，则在AB两相中没有发生匝间短路故障，赋值f_ab＝0。

(4)重复以上步骤(1)(2)(3)对电机BC和CA相状态进行识别，并得到电机各相绕组状态值，即分别获得f_bc和f_ca的赋值结果。

(5)根据步骤(3)、(4)得到的f_ab、f_bc和f_ca的赋值，计算故障标志位Flag_a、Flag_b和Flag_c。