基于开关瞬态频率响应的伺服电机早期匝绝缘劣化在线监测

匝绝缘失效会导致严重的电机匝间和相地故障。在线监测早期绝缘劣化可在故障潜伏性阶段消除隐患。利用匝绝缘状态劣化会改变电机绕组的高频阻抗特性,提出将功率器件自身高速开关动作视作高频激励源,通过提取开关瞬态高频振荡电流作为暂态响应,获取开关瞬态频率响应曲线对匝绝缘状态进行在线监测。通过实验进行验证,结果表明开关瞬态频率响应曲线可以反映电机绕组的高频阻抗特性,利用300～400k Hz幅频响应特征能够对伺服电机早期匝绝缘状态劣化进行非侵入式在线监测,且该方法对运行工况不敏感。     

主绝缘劣化对变频电机宽频开关振荡特性的影响

为研究主绝缘劣化对变频电机开关瞬态宽频振荡特性的影响,建立了计及功率器件开关暂态过程和主绝缘状态的变频调速系统宽频域模型,分析了宽频开关振荡电流的主导模态及其传导路径,探索主绝缘电容变化对开关振荡电流幅频响应特征的作用规律。仿真和实验结果表明：开关振荡电流主要包含高频差模、高频共模和中频共模3个主导模态分量。开关振荡中频共模分量电流可以渗透进电机绕组内部,其幅频响应特征与主绝缘电容参量有关：共模串联谐振频率随主绝缘电容增加而减小,靠近串联谐振点的幅值特征随主绝缘电容增加而增加,从而为变频电机绝缘在线状态监测提供了一种新的思路。     

利用逆同步速坐标变换检测感应电机定子故障

针对感应电机电流中谐波和噪声影响定子匝间短路故障诊断结果的问题,提出了利用逆同步速坐标变换提取定子故障特征的方法.利用改进的相关算法准确提取三相定子电流基波信息,通过逆同步速坐标变换将基波正序分量转换成二倍频交流量,负序分量转换成直流量.采用均值法提取直流分量,导出了负序分量在逆同步速旋转坐标系下合成矢量幅值,并考虑电机先天不平衡因素定义了表征匝间短路故障程度的灵敏度因子.实验结果表明,该方法避开了先天不平衡、谐波及噪声对诊断结果的影响,灵敏度因子可准确反映定子匝间短路故障特征.系统只需采样电压频率和电流信号,易于工程实现.     

基于差模开关振荡的变频电机绕组相端绝缘状态特征提取与解耦

变频电机相端绝缘受脉冲宽度调制高频开关暂态过电压冲击易发生劣化。利用开关振荡谐振效应可望灵敏感知相端绝缘状态的微弱变化,但绝缘状态特征存在多因素高频耦合的问题。为此,该文提出一种基于差模开关振荡的相端绝缘状态特征提取与解耦方法。首先,通过分析变频电机系统开关振荡主导模态,选择高频差模开关振荡作为敏感模态,解耦逆变器功率器件分布电容的影响;然后,通过变分模态分解算法提取多模态开关振荡中的差模频率特征,解耦暂态运行工况下功率器件动态开关时间的影响。最后,利用逆变器侧和电机侧差模开关振荡电流幅值比特征,解耦电缆高频分布参数的影响。在380V/3kW永磁电机变频驱动系统中验证所提方法的有效性,结果表明,所提方法能够灵敏反映电机相端绝缘状态的微弱变化,可以有效解耦逆变器、电缆、运行工况等因素的影响。     

基于电流分析的永磁直流电动机故障检测与诊断

传统的小功率永磁直流电动机故障诊断需要利用丰富的专家经验和较多的测量装置,效率较低,无法满足大批量生产的要求.本文研究了一种基于电流分析的快速诊断方法,从电机的启动及稳态电流信息中提取出电机的故障特征向量:稳态电流均值i av、标准差i std、稳态电流谱峰对应频率fw、起动电流峰值im以及峰值点附近斜率k.实验结果表明:研究的方法能够快速、简便地对小功率永磁直流电动机的几种典型故障,如电刷磨损、元件开路、元件脱焊和匝间短路等故障进行检测与诊断.     

配电网单相接地故障选线的一种新方法

为了提取故障暂态信号的相位谱特征以进行配电网单相接地故障选线，引入了零序电流解析信号的小波包分解。信号的解析表达形式可以更好地描述信号的幅值、相位和瞬时频率随时间变化的规律；它有着比原信号增大一倍的幅值谱、和原信号相同的相位谱和瞬时频率。小波包克服了小波变换不能对高频序列进一步分解的缺陷，在时域和频域上皆具有良好的局部化特性，可以聚焦被分析信号不同频带的时域特性。通过对构造的零序电流解析信号进行小波包分解，提取在适当频带的信号相位谱，依据故障线路和非故障线路相位谱的不同进行故障选线。理论分析和仿真结果表明：这种基于零序电流解析信号的小波包分解所提取暂态信号相位谱的选线判据具有很高的灵敏性和可靠性。     

变频电机电缆老化下的高频开关振荡特性研究

交流电缆是逆变器电机系统中传输电能的关键部件。针对变频电机系统电缆早期状态劣化特征微弱的问题,通过理论和实验研究了变频电机电缆老化下的高频开关振荡特性。首先,建立了三相四芯电缆的高频等效模型并分析了电缆绝缘劣化对绝缘电容参数的影响。然后,研究了电缆绝缘电容变化对系统差模开关振荡频率和阻尼特征的影响。最后通过加速热老化实验在3 kW感应电机对拖系统中进行了验证,实验结果表明,电缆加速老化后开关振荡频率变化了2.09%、阻尼变化了13.08%、阻尼特征相比于频率特征更加灵敏。该研究可为变频电机电缆早期劣化状态监测提供理论支撑。     

基于小波分析和神经网络的电机故障诊断方法研究

在电机故障诊断技术中,电机振动信号最能全面反映电机的运行状态.由于电机振动信号属于非平稳随机信号,传统的傅里叶变换从频域角度进行信号分析,只能说明信号中某频率成分幅值的大小和频率密度,不能检测奇异信号点的时域信息,而且还可能将含有丰富故障信息的微弱信号作为噪声滤去.因此,不能完全满足故障信号特征提取的要求.为解决这一问题,提出一种基于小波分析和神经网络的电机故障诊断方法,该方法采用小波时频分析技术对电机故障振动信号进行消噪滤波,通过小波包分解系数求取频带能量,根据各个频带能量的变化提取故障特征,应用BP神经网络进行故障识别,并采用Matlab仿真软件予以实现.结果表明,该方法不需要建立电机的故障诊断模型,能有效提高电机故障诊断的准确性.     

无位置传感器开关磁阻电机缺相故障位置检测

提出了一种基于双电流阀值电感分区的开关磁阻电机无位置传感器缺相诊断和位置估计的方法。通过设置双电流阀值对电感周期进行分区,在电机驱动运行时,对非导通相注入高频脉冲,通过比较脉冲电流幅值与高、低电流阀值的关系,估计出位置检索脉冲信号,当电机发生缺相故障时,通过检测位置检索脉冲信号边沿触发顺序来诊断缺相故障,并利用正常相的电磁信息实现转子位置的估计,最后通过缺相故障模拟实验,验证了该缺相故障下位置估计算法的正确性和可行性。     

纯延时滤波器提取高频注入响应在无位置传感器IPMSM系统中的应用

针对现有高频注入法估计永磁同步电机转子位置信号处理过程中信噪比低、相位滞后大等缺陷,提出一种用纯延时滤波器在静止坐标系下提取高频电流,在高频注入电压同步坐标系下提取负序高频电流,估计转子位置的设计方法,在此基础上,给出一种根据最小闭环谐振峰值设计准则设计锁相环参数的方法 ,且根据高频负序电流的幅值对位置误差信号进行标准化处理,克服了高频负序电流幅值变化对锁相环性能的影响。最后通过IPMSM无位置传感器矢量控制实验平台,验证了该方法的有效性和可行性。     

基于实时电流幅值的风电整流器故障诊断方法

直驱式风电系统整流器的开路故障会造成机侧交流电流半相缺失、直流侧电压波动、发电机转速波动等问题,严重影响风力发电系统的运行稳定性。文中提出一种基于实时电流幅值的永磁直驱风电系统整流器开路故障诊断方法,利用电机的运行特性来计算实时电流幅值,实现对故障的实时诊断和定位;将故障状态下的电流幅值与设定的电流幅值阈值进行比较,利用电流幅值异常所在区间来判定故障开关管位置,消除误差和外界条件变化带来的误诊断。实验结果验证了理论分析的正确性和故障诊断方法的有效性,通过与其他方法进行对比,验证了文中方法的检测速度和多管故障的诊断能力。     

变频电机匝间绝缘故障放电信号电磁辐射特性研究

特高频(UHF)检测法是变频电机绝缘诊断局部放电(PD)的重要方法,采集得到的PD信号电磁频谱与放电类型、传感器天线及信号接收装置密切相关,然而,传统方法难以判定PD信号是绕组绝缘放电特征,还是绝缘绕组作为发射天线的辐射特性。该文将聚酰亚胺单点交叉试样作为偶极子天线,利用高频电磁仿真软件计算天线谐振频率,分析不同长度、不同交叉角度下试样天线的辐射特性;然后利用宽频天线(0.5～2 GHz的阿基米德螺旋天线)搭建PD检测实验平台,研究试样天线长度、实验环境和方波脉冲电压参数对PD信号频域特性的影响。在此基础上,仿真分析扁线电机定子匝间绝缘局部放电的电磁辐射特性,依据IEC 60034-18-41标准对匝间绝缘和主绝缘施加相应的方波脉冲电压,利用宽频天线进行PD检测。结果表明,单点交叉试样天线的计算谐振频率f₁、仿真谐振频率f₂和PD信号频域f₃基本一致,且均随试样天线的增长往低频域移动;10 cm的单点交叉试样天线的仿真谐振频率为2.15 GHz,此试样下实验得到的PD频域信息缺失,时域幅值大幅下降。可以得出,电机匝间绝缘...     

基于改进变分模态分解去噪的高频电应力下聚酰亚胺局部放电温-频特性研究

局部放电是导致高频电力变压器中聚酰亚胺（PI）绝缘劣化的重要原因。为研究高频电压下聚酰亚胺局部放电机理，探索温度、频率因素对局部放电特性的影响，建立了高频局部放电测试平台。针对使用脉冲电流传感器采集局部放电信号容易受噪声干扰的问题，采用变分模态分解（VMD）对局部放电原始信号进行去噪。其中，针对VMD难以自适应选取分解参数的问题，使用平衡优化器（EO）算法获得最优模态分解个数K与惩罚因子α。实验获取了25～100℃四个温度点与10～50kHz五个频率点下的聚酰亚胺局部放电情况，并分析其变化规律。实验结果表明，温度越大放电起始电压越小，而频率与局部放电起始电压无关；最大放电幅值、总放电幅值和单周波平均放电次数与温度、频率呈正相关；频率越高，温度对局部放电特征量的影响越大，而温度越高，频率对局部放电特征量的影响也更为显著，两者呈现一种耦合促进关系。     

基于电流波动特征的永磁同步电机匝间短路与局部退磁故障分类诊断研究

针对永磁同步电机匝间短路故障与局部退磁故障难以区分的问题,该文提出一种基于电机同相与异相电流幅值波动特征的故障分类诊断方法。在分析定子绕组匝间短路故障与转子局部退磁故障对电流幅值影响机理的基础上,分别提取转子旋转一周内同相电流幅值波动特征和异相电流幅值之间的波动特征,建立了故障分类诊断指示器。仿真与实验结果表明,该指示器可有效识别定子绕组匝间短路故障与转子局部退磁故障。该文提出的方法可直接嵌入永磁同步电机控制软件,不需要增加额外的传感设备,具有较好的实用价值。     

发电机转子匝间短路故障电磁场数值分析研究

掌握气隙磁场的分布情况，是实现转子绕组匝间短路故障诊断的重要手段。考虑到短路故障会引起绕组电路拓扑结构的改变，本文通过机理分析推导，得到气隙磁场、定子电流、电磁转矩等一系列电气量的变化特征，并采用有限元数值分析法对故障状态的电磁场及电磁特性进行研究。以一台同步发电机为例，首先建立二维场路耦合有限元电磁场计算模型，通过仿真分析对比了电机额定工况时发生短路故障前后磁场分布的差异；然后对匝间短路故障下产生在电机气隙磁密中不同频率的谐波、定子支路中的电流及电机电磁转矩的变化规律进行了深入分析；最后重点针对故障对电机运行性能的影响进行了探讨。本文可为同步发电机早期故障诊断提供理论依据，为工程实际提供参考。     

一种用于电缆局放检测的高频电流传感器的设计

局部放电是造成交联聚乙烯(Cross Linked Polyethylene,XLPE)电缆绝缘劣化的主要原因。检测局部放电信号能减少电力绝缘击穿事故发生,提高供电可靠性。高频电流法是现场局放带电检测最为常用的方法之一。为了提高高频电流法检测准确度与效率,研制了一款新型高频电流传感器,介绍了传感器检测原理与结构设计。试验测试表明,传感器带宽、灵敏度以及抗干扰性能优秀,能够有效提取高频脉冲放电信号。     

PWM脉冲电压下变频电机匝间绝缘研究

定子绕组匝间绝缘失效是导致变频电机损坏的主要原因。以湘电1 650 V变频电机匝间绝缘结构为研究对象,对匝间绝缘用FMB-40线对和耐电晕FCRMB-40线对进行高频方波脉冲老化试验,分析两者老化前后介质损耗与局部放电的变化。结果表明:施加幅值2.0 k V、频率20 k Hz的方波脉冲电压老化1 000 h后,两种结构都通过了老化试验。其中耐电晕FCRMB-40线对的表现较优,用于1 650 V变频电机匝间绝缘具有更佳的电气可靠性。     

基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机饱和凸极性响应分析及转子位置估计

提出一种基于方波电压信号注入的表贴式永磁同步电机(SPMSM)无位置传感器控制方法。利用持续方波电压变角度励磁的方式,在电机静止时提取αβ坐标系下高频响应电流的峰值包络线,通过包络线的正弦程度来反映饱和凸极性响应;并针对传统的方波电压注入法,设计了一种简化的信号处理方法,避免在基波电流和高频响应电流提取时滤波器的使用,并消除滤波器所带来的时间延迟问题,提高位置估计精度。通过基于RTLAB的SPMSM硬件在环系统进行仿真和实验验证,结果表明:简化后的方波信号注入法能有效实现转子位置估计,适用于较低开关频率下的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制。     

基于并联卷积神经网络的多端直流输电线路故障诊断

针对多端直流输电(MTDC)线路故障时存在故障电流上升速度快、峰值大、不易定位等特点,提出一种兼顾快速性与准确性的MTDC线路故障诊断方法。首先,分析MTDC线路故障信号波形的幅值特征和频率特征,研究基于信号波形幅值变化的故障幅值特征提取方法和基于小波包分析的故障频率特征提取方法,进而形成基于幅值-频率特征的MTDC线路故障诊断方法。其次,构建具有故障分类支路和故障定位支路的双支路结构卷积神经网络——并联卷积神经网络(PCNN),提出基于迁移学习的P-CNN训练方法。最后,仿真验证基于P-CNN的MTDC线路故障诊断方法满足故障诊断的快速性要求,且其并联结构相比于其他人工智能故障诊断方法更具有准确性和可拓展性。     

SiC逆变器高频脉冲电压对Hairpin绕组绝缘安全的影响分析

针对碳化硅(SiC)逆变器高频高dv/dt脉冲激励下的Hairpin绕组高电应力容易造成绝缘损伤的问题,该文对一台电动汽车用Hairpin绕组永磁同步电机进行了绕组匝间绝缘的电压应力计算与安全分析.首先,提出考虑双导体边耦合效应的Hairpin绕组单匝线圈高频等效电路模型,提取电机绕组的高频分布参数,并基于场路耦合有限元方法建立Hairpin绕组的匝间电压计算模型;然后,得到SiC逆变器驱动下的绕组匝间绝缘电压应力,利用绕组匝间电压测试平台验证了模型与分析方法的正确性;最后,分析了不同匝间电压幅值、绝缘厚度、材料相对介电常数、匝间气隙长度等对气隙电场分布线的影响规律,以气隙电场分布线与Paschen曲线的关系为判据,给出了一种判断绕组绝缘是否发生放电的方法.