[发明专利]逆变器驱动电机的匝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匝绝缘状态在线监测方法，以逆变器功率器件开关输出瞬态端电压为高频激励，开关瞬态时的电机振荡电流为暂态响应，通过获取电机绕组在开关瞬态的频率响应曲线，并利用其中的高频敏感特征分量来实现在线监测匝绝缘状态。由于逆变器正常工作时，功率器件开关次数频繁，会激发大量的开关振荡信号，从而能够实现可持续在线监测电机匝绝缘状态；由高频电压传感器和高频电流传感器实时检测并获取开关信号及开关瞬态振荡电流，使得该检测方式操作简单，且能够快速监测匝绝缘的状态变化；采用高频敏感特征分量作为识别电机匝绝缘状态劣化的指标，使得该发明方法不仅抗干扰能力强，而且具有高灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种安全监测技术，特别涉及一种逆变器驱动电机的匝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相比于常规工频电机具有节能、易启动、效率高和调速性好等显著优点，广泛应用于新能源汽车、轨道交通、风力发电、变频调速、船舶推进等多个领域。

逆变器正常工作时，功率开关管的快速开通和关断会产生周期性的高dv/dt冲击电压来增加绝缘材料的电应力，以及工作时的高频电压和电流谐波会产生额外的热损耗。以上因素使得匝绝缘成为电机中最为薄弱的环节之一，进而加速整个电机绝缘系统的劣化进程。研究表明，大约80％的电机绝缘故障源于匝间绝缘的早期劣化。匝间绝缘一旦失效，就会形成匝间短路电流损坏绕组线圈，进一步加速匝间绝缘和主绝缘的失效，最终导致电机发生严重的相间或相地短路故障。从早期的匝间绝缘劣化发展为严重的电机故障一般为几秒到几小时。因此，及时有效地监测逆变器驱动电机的匝绝缘运行状态对设备的安全可靠运行至关重要。

专利号201610185687.X发明了“用于变频电机相间及相地绝缘PDIV的自动测试系统及方法”。该系统包括控制模块，与其连接的高压探头、传感器、高压开关组件和信号调理电路等组件，通过控制各高压开关的开合状态实现对电机绝缘间PDIV的测试，用以评估电机绝缘质量。局部放电测试装备比较昂贵，难以在线实施，而且局部放电现场只能在较强电场条件下激发，不适用于低压电机。

专利号201710270394.6发明了“一种永磁风力发电机绝缘装置及检测方法”。该检测装置包括恒压源、通讯模块、过压保护装置和温度传感器等，利用发电机组在低风速，正常停机情况下，自动进行检测绝缘电阻，通过检测定子绝缘电阻、极化指数、吸收比和趋势曲线进行诊断。该检测方法需要配置额外的绝缘检测装置元件，提高了检测成本。

专利号201510548717.4发明了“一种变频电机绝缘自动检测系统”。该系统对电机绝缘情况进行数据统计，根据其统计结果找到电机绝缘的变化规律，从而达到对变频电机绝缘的监测。该系统仅能实现电机绝缘的离线检测，无法实时和准确地检测变频电机正常运行时的绝缘状态变化。

专利号201710137083.2发明了“三相异步交流电机定子绝缘在线监测方法”。该方法通过提取电压和电流信号的MCSA和电流信号统计识别等特征指标，作为支持向量机的训练集成进行电机绝缘状态预诊。该检测方法虽能实现绝缘在线监测，但在提取特征指标时，模型参数估计会降低方法的灵敏度和有效性，导致对电机绝缘轻微状态变化的诊断能力弱。

发明内容

本发明是针对电机绝缘诊断的问题，提出了一种逆变器驱动电机的匝绝缘状态在线监测方法，能够实现绝缘状态的可持续在线监测，而且采用开关频率响应曲线的高频敏感特征分量作为识别电机匝绝缘状态变化的指标具有抗干扰能力强和高灵敏度的优点。

本发明的技术方案为：一种逆变器驱动电机的匝绝缘状态在线监测方法，以逆变器功率器件开关输出瞬态端电压为高频激励，开关瞬态时的电机振荡电流为暂态响应，通过获取电机绕组在开关瞬态的频率响应曲线，并利用其中的高频敏感特征分量来实现在线监测匝绝缘状态。

所述逆变器驱动电机的匝绝缘状态在线监测方法，具体包括如下步骤：