[发明专利]一种分数槽集中绕组永磁电机的绕组匝间短路故障检测装置及方法

说明书

本发明提出一种分数槽集中绕组永磁电机的绕组匝间短路故障检测装置及方法，在分数槽集中绕组永磁电机的绕组端部放置探测线圈，将对应不同相绕组的探测线圈的测量值组合成一组检测信号，通过比较一组探测线圈组合的检测信号与阈值的大小，判断电机是否发生匝间短路故障。该方法不需要对检测值进行傅里叶变换，也不需要增加额外的数据采集设备，简单方便，成本低。

技术领域

本发明涉及一种分数槽集中绕组永磁电机的绕组匝间短路故障检测装置及方法。

背景技术

随着节能减排的需求越来越迫切，永磁电机以其高效率的显著优点，广泛运用在工业应用领域的各个行业。随着永磁电机的广泛应用，永磁电机故障检测成为企业和科研院所的研究热点。在永磁电机故障中，绕组故障约占30％-40％，而绕组故障中匝间短路故障最为严重。因此及时便捷地检测绕组匝间短路故障，是提高永磁电机安全性和可靠性的有效手段。

专利201610491494.7提供了一种基于定子电流FFT计算的永磁电机匝间短路故障诊断方法。该方法利用电流传感器采集定子电流信号，经过数据采集仪对电流信号进行FFT分析，通过分析5次谐波与基波的幅值之比，判断电机是否发生匝间短路故障。

专利201710427321.3公开了一种基于磁场分布检测的永磁电机匝间短路故障诊断方法。通过测量定子齿磁通，对定子齿磁通的信号进行FFT分解，利用定子齿磁通的高频分量进行诊断电机是否发生匝间短路故障。

专利201580073491.5提出了一种借助安置在电机气隙内的线圈检测匝间短路的方法。该方法通过检测探测线圈的信号曲线过零点，通过比较过零点的时间间隔，来判断是否产生匝间短路故障。该方法虽然不需要进行FFT计算，但过零点检测需要占用额外的计算资源或检测电路。此外该方法需要检测信号至少具有电机转一圈的时间，检测速度受限。

总之，现有技术均需要通过FFT计算，检测速度受限，且占用额外的计算资源。

本发明在电机绕组端部安置探测线圈，利用电机多相绕组电流对称的特性，采用探测线圈检测仅与绕组电流相关的端部磁场，将对应不同相的探测线圈探测信号组合成检测信号，通过与设定的阈值比较，判断电机绕组是否发生匝间短路故障。该方法不需要进行FFT计算，且可实时判断电机是否发生故障，无需采集一个电周期或电机转动一圈的信号。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有绕组匝间短路故障检测方法需要FFT计算以及至少需要检测一个电周期的信号的不足，提供一种分数槽集中绕组永磁电机的绕组匝间短路故障检测装置及方法，无需进行FFT计算，能快速检测匝间短路故障，无需占用额外的计算资源。

为达上述目的，本发明的技术方案为：

一种分数槽集中绕组永磁电机的绕组匝间短路故障检测装置及方法。

在分数槽集中绕组永磁电机的绕组端部安置多个探测线圈，每个缠绕在一个定子齿上的绕组线圈的端部对应安置一个探测线圈，每个探测线圈有且仅覆盖一个缠绕在定子齿上的绕组线圈的端部，所有探测线圈沿轴向中心线在圆周上均布。将一组对应不同相绕组线圈的m个探测线圈的测量信号组成一个检测信号，一共形成n个检测信号，m为电机绕组相数，n为大于等于1的整数。每个检测信号设置一个检测阈值T_c，分别将每个检测信号与对应的T_c比较，或将多个检测信号之和与对应的阈值之和比较，若大于阈值，则该组检测信号所属的探测线圈对应的绕组出现了匝间短路故障。

在理想条件下，电机m相绕组电流对称，m相电流之和为零：

其中I_m为电流幅值，f_e为电流频率，θ_h为相位角，θ₁～θ_m依次相差2π/m。