[发明专利]电机监测系统和监测电机的方法

说明书

本发明涉及电机监测系统和监测电机的方法。其中提出了用于检测和算法避免电机中的隔离故障的系统。电机监测系统包括电机单元、多个传感器和电机控制器。电机单元包括电机壳体和布置在电机壳体内的电机。电机包括具有多个定子极的定子，每个定子极具有相应的相线圈。多个传感器布置在电机壳体内并且被配置为：测量与在一个或更多个相线圈处发生的局部放电有关的第一特性，并且基于测量到的第一特性来生成传感器数据。电机控制器被配置为：生成用于控制电机的相电压的多个脉冲宽度调制PWM控制信号，基于传感器数据来检测至少一个相线圈处的局部放电，并且基于检测到的局部放电来调整多个PWM控制信号中的至少一个PWM控制信号。

技术领域

本公开内容总体上涉及用于驱动电动机的装置和方法，并且更具体地涉及监测电动机的特性。

背景技术

现代变速驱动器(VSD)由电力电子开关装置(例如Si-MOSFET或IGBT)操作，以通过脉宽调制(PWM)产生电动机的电场。如今，典型的PWM开关频率在20kHz与40kHz之间的范围内。基于宽带隙半导体(例如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN))的下一代电力电子开关装置，能够实现显著更高的PWM频率，甚至超过100kHz。因此，电动机可以以更高的励磁频率(fieldfrequency)运行，从而由于电机的更高的转速，与传统电机相比，在较小或相似的形状因数下获得更高的支持功率范围(即，电机的额定功率是电机转矩乘以转速的乘积)。

然而，由于较高的开关频率，PWM信号的上升/下降斜率进一步增加了由传输线引起的反射的影响，从而导致电机线圈和供电电机电缆内出现严重的过电压。这些过电压可能导致局部放电，随着时间的流逝，这可能会破坏电机的定子和转子之间的轴承。

特别地，定子具有芯和耦接至该芯的多个定子极。每个定子极都具有励磁绕组(即，相线圈或电机线圈)，并被进行缠绕使得在激励时形成交替的南磁极和北磁极。使用隔离材料对每个定子绕组都进行高度绝缘，因为其中会感应出高电压。例如，可以围绕相线圈包裹隔离材料，隔离材料可以覆盖相线圈的导线，或者相线圈可以被插入衬有隔离材料的槽中。

电机的相线圈上的放电可能导致相线圈的类似完全“电晕效应”的炽热，随着时间的流逝，这会削弱相线圈的隔离材料。最后，由局部放电引起的电晕效应可能导致隔离材料完全损坏，从而导致相线圈和电机壳体之内或之间发生短路。

因此，重要的是尽早识别电机内局部放电的发生，并且在运行期间对电机控制采取预防措施，以减少或防止局部放电发生的同时仍在其目标应用内运行电机。

因此，可能需要一种能够识别并减少局部放电的发生的改进的装置。

发明内容

一个或更多个实施方式提供了一种电机监测系统，该电机监测系统包括电机单元、多个第一传感器和电机控制器。电机单元包括电机壳体和布置在电机壳体内的电机。电机包括具有多个定子极的定子，每个定子极具有多个相线圈中的耦接至该定子极的相应相线圈，其中多个相线圈中的每个相线圈耦接到多个相负载路径中的相应相负载路径，所述多个相负载路径供应用于驱动电机的多个相电压。多个第一传感器被布置在电机壳体内并且被配置为：测量与在多个相线圈中的一个或更多个相线圈处发生的局部放电有关的第一特性，并且基于测量到的第一特性来生成第一传感器数据。电机控制器被配置为：生成用于控制多个相电压的多个脉冲宽度调制PWM控制信号，从多个第一传感器接收第一传感器数据，基于第一传感器数据来检测在多个相线圈中的至少一个相线圈处的局部放电，并且基于检测到的局部放电来调整多个PWM控制信号中的至少一个PWM控制信号。