用于检测感应式电机中的故障的方法技术

本发明专利技术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、特别是转子通量固定的坐标系中分析电流分量。为此，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（ｉｖｅｋｄ）进行频率分析。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，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。
技术介绍
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 (Statorflusse)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。
技术实现思路
本专利技术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ivekd 和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ivekd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irekd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fk，对于定子故障确定fk = 2 · fsp，并且对于转 子绕组故障确定fk = 2(fsp-n · ρ)。其中，fsp是馈电频率，η是转子转数并且ρ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(khlupf)。优选从变频器的运行数据中获得所需的参数。当变频器以矢量调节或扩展的电压 矢量调节(VCC脉冲、电压矢量控制脉冲)的运行方式运行时，则本来就提供了所需的数据， 即，不需要其它传感器来进行故障监视，而是可以根据本来就存在的测量值来进行故障监 视。附图说明以下借助附图结合优选的实施例详细解释本专利技术。其中，图1强烈示意地示出了具有变频器的异步电动机，图2示出了用于解释一些电流分量的相量图，图3示出了参考值的统计分布，图4示出了故障检测的示意性解释，图5示出了转矩的FFT频谱，图6示出了形成通量的电流分量的FFT频谱，以及图7示出了流程图。具体实施例方式图1示意性示出了异步电动机1，其通过三相的导线2与变频器3相连。导线2可 以具有直到150m的长度。变频器3利用三相交流电以公知方式对异步电动机1供电，该三 相交流电在异步电动机1的定子中产生旋转磁场。尽管异步电动机通常相对稳健地构造，但是还会出现故障，例如在定子绕组中的绝缘损失或转子绕组中的导条断裂(Mabbruch)。这样的故障通常不会立即导致电动机停 机，而是还可以运行电动机。但是人们希望尽早地获得关于故障的信息，从而可以在本来就 设置的维护停机时修理或更换电动机。当以下提到“电动机”时，故障诊断以相应方式也适用于当电机作为发电机运行的 情况。当变频器3在矢量调节或VVC脉冲(voltage vector control plus,电压矢量控 制脉冲)的运行方式下运行时，则提供了一些可以用于故障诊断的数据。即无需附加的传 感器、探测器等用于检测故障。对于故障诊断，在转子通量固定的坐标系中分析在变频器3中存在的空间矢量， 即，定子电流分量。在与磁通量Ψ^具有固定的关系的坐标系中，获得正交的电流分量irekd 和iv_。在此ivekd与转子通量平行取向并且控制磁场，Ivekq垂直于电流分量ivekd取向并且 控制电动机转矩。变频器3可以在矢量调节或VVC脉冲的运行方式下，无需机械的传感器，计算所需 的角度θ rf，用来相对于定子绕组相α确定旋转的坐标系(d，q)。在电动机转矩M和 之间的关系通过等式(1)确定。3 LM =-·ρ·-^·ψΓ-Ivekq (1)2 Lr在等式⑴中转子通量Ψ^与irekd和其它的电动机参数一起得到Wr = —Kekd^r =V" (2)\ + Tr-sRr在此S是相应于一阶延迟单元的调节技术的表达的拉普拉斯算子。每个磁通量可以对应于一个电感。在部分发生绕组短路的定子绕组故障的情况下，在相应的绕组相中的电感改变。在所有三个相(StrSngen )中不再对称的电感引起形成通量的电流分量irekd以双倍的馈电频率脉动。在故障时不再恒定的磁通量情况下在转矩 或与其成比例的电流分量中也出现以双倍馈电频率的脉动。然而随着电动机负载增加，在绕组故障不改变的情况下，转矩曲线中的双倍的馈 电频率的振幅减小，从而在负载情况下借助转矩曲线中的脉动实际上不再能够探测到绕组 故障。然而形成通量的电流分量irekd很大程度上独立于转矩大小，从而在额定负载情况下 也容易地保证利用该本文档来自技高网...

【技术保护点】
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、特别是转子通量固定的坐标系中分析电流分量，　　其特征在于，　　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（ｉｖｅｋｄ）进行频率分析。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔彼得西蒙，
申请(专利权)人：丹佛斯传动有限公司，
类型：发明
国别省市：DK