[发明专利]一种逆变器驱动电机的端部绝缘状态在线监测方法

说明书

本发明涉及一种逆变器驱动电机的端部绝缘状态在线监测方法，包括步骤：1)采集电机三相相线上的电流信号，并截取开关高频振荡电流片段；2)使用变分模态分解算法将截取的开关高频振荡电流片段分解为三个子模态，获取高频共模电流及其中心频率，将高频共模电流的中心频率作为提取的频率特征；3)利用高频共模电流的中心频率，计算三相绝缘电容的总改变量；4)获取三相高频共模电流在谐振点处的幅值变化量作为提取的幅值特征，利用幅值特征进行故障相定位。与现有技术相比，本发明具有高灵敏度、高鲁棒性以及强安全性等优点。

技术领域

本发明涉及电机绝缘在线监测领域，尤其是涉及一种逆变器驱动电机的端部绝缘状态在线监测方法。

背景技术

采用脉宽调制技术的逆变器驱动电机具有易启动、效率高和调速性好等优点，广泛应用于新能源汽车、风力发电、船舶推进等工业领域，其可靠性是系统经济安全运行的关键。电机故障将导致非计划性停机，带来经济损失，甚至导致灾难性的故障。工业调查表明，主绝缘故障是引发电机故障的重要原因。主绝缘故障占据全部电机故障的30％以上。对于变频调速电机，逆变器输出产生的高dv/dt会在电机端部施加过大的电应力，加速端部绝缘老化。为保证变频调速系统的安全可靠运行，有必要在电机运行时对其主绝缘状态进行持续的监测。此外，与电机的机械故障相比，电气故障的发生速度要快得多。因此，有必要在绝缘劣化初期识别故障，并采取必要的修理、更换或者容错控制等措施，这对绝缘状态监测的灵敏度提出了很高的要求。

BL Sang等人的题名为“An Online Technique for Monitoring the InsulationCondition of AC Machine Stator Windings.”的文章利用高灵敏传感器测量基频漏电流，通过计算主绝缘等效电容和介质损耗角进行电机的在线主绝缘监测。电机绝缘层在低频下的容性阻抗很大，必须使用高灵敏传感器才能监测基频漏电流的微弱变化，昂贵的设备和对传感器灵敏度的高要求使得该方法有一定局限性。

P Neti等人的题名为“Online Broadband Insulation Spectroscopy ofInduction Machines Using Signal Injection”的文章利用在线注入高频低幅值信号的方法，通过电流响应实现绝缘状态的监测。然而这种方法会增加系统复杂性，且可能干扰电机正常运行，在实际应用中受到一定的限制。

专利(CN110456270A)公开了一种电机绝缘在线监测方法和装置。该发明通过测量电机三相入线端各相对地电压以及各相漏电流，获取定子绝缘的等效电容，实现电机绝缘的监测。该方法采集电压信号时会与被测系统产生电气接触，这将影响系统的稳定性和安全性。

通常，逆变器驱动的电机系统中，由于电缆和电机阻抗不匹配，会在电机绕组端部产生开关瞬态过电压。过电压在整个绕组上呈非线性非均匀分布，靠近相端部的绕组第一匝相比其他部分承受更大的电压应力，这使得电机端部绝缘更容易发生劣化。现有的方法通常是针对电机的整体绝缘劣化进行监测，无法实现针对电机绕组端部的绝缘状态监测。有时端部绝缘已经损坏，而整体绝缘状态变化不大，因此有必要针对端部绝缘状态进行监测。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种逆变器驱动电机的端部绝缘状态在线监测方法，该方法具有灵敏性好，鲁棒性高，监测安全等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种逆变器驱动电机的端部绝缘状态在线监测方法，该方法包括如下步骤：

S1：采集电机三相相线上的电流信号，并截取开关高频振荡电流片段。

S2：使用变分模态分解算法将截取的开关高频振荡电流片段分解为三个子模态，包括中频共模，高频共模和差模。获取高频共模电流及其中心频率，将高频共模电流的中心频率作为提取的频率特征。

S3：利用高频共模电流的中心频率，计算三相绝缘电容的总改变量。