具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1为本发明实施例所提供的一种异步电机的匝间短路故障诊断方法的流程图，该故障诊断方法包括：

步骤S11：获取目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值；

步骤S12：基于瞬时无功功率理论，根据目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的瞬时无功功率；

步骤S13：从目标异步电机的瞬时无功功率中提取目标异步电机的直流分量和二倍频交流分量；

步骤S14：求取二倍频交流分量与直流分量的目标比值，并判断目标比值是否大于预设阈值；若是，则执行步骤S15；

步骤S15：判定目标异步电机的定子绕组发生匝间短路故障。

在本实施例中，是提供了一种异步电机的故障诊断方法，通过该故障诊断方法可以更为灵敏地检测出异步电机的定子绕组是否发生匝间短路故障。具体的，首先是获取目标异步电机的三相电流的瞬时值以及三相线电压的瞬时值，当获取得到目标异步电机的三相电流的瞬时值以及三相线电压的瞬时值以后，再基于瞬时无功功率理论，并根据目标异步异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的瞬时无功功率。

其中，目标异步电机的瞬时无功功率的表达式为：

式中，q为目标异步电机的瞬时无功功率，v_bc、v_ca和v_ab分别为目标异步电机的三相电流的瞬时值，i_a、i_b和i_c分别为目标异步电机的三相线电压的瞬时值。

需要说明的是，由于目标异步电机的瞬时无功功率表达式的推导过程为本领域技术人员所熟知的内容，所以，在本实施例中对其推导过程不作具体赘述。

可以理解的是，如果目标异步电机处于正常运转状态，没有发生故障，那么，目标异步电机的瞬时无功功率为恒定值，只含有直流分量；但是，如果目标异步电机的定子绕组发生匝间短路故障，目标异步电机的瞬时无功功率除了含有直流分量以外，还会含有二倍频交流分量，所以，在本实施例中，就可以利用目标异步电机的这一属性特征来判断目标异步电机的定子绕组是否发生匝间短路故障。

具体的，当获取得到目标异步电机的瞬时无功功率时，则从目标异步电机的瞬时无功功率中提取直流分量和二倍频分量，并求取二倍频分量与直流分量的目标比值。也即，以目标比值的大小来评估目标异步电机的定子绕组发生匝间短路故障的严重程度。也就是说，如果二倍频交流分量与直流分量的目标比值越大，则说明目标异步电机的定子绕组发生的匝间短路故障就越严重；如果二倍频交流分量与直流分量的目标比值越小，则说明目标异步电机的定子绕组发生的匝间短路故障就较轻。

所以，当将二倍频分量与直流分量的目标比值与预设阈值进行比较之后，就可以判断出目标异步电机的定子绕组是否发生匝间短路故障。需要说明的是，在实际应用中，预设阈值的大小可以根据实际情况的不同进行适应性的调整，此处不作具体赘述。

显然，由于本方法使用的基于瞬时无功功率的方法采用了电流和电压信号，而现有技术中通过负序电流、电流谐波或者电流矢量的方法只采用了电流信号，因此，通过本实施例所提供的故障诊断方法，可以进一步提高在对目标异步电机进行匝间短路故障诊断过程中的灵敏度。

另外，本实施例所提供的故障诊断方法也可以应用在对目标异步电机进行故障诊断的早期阶段，因为在目标异步电机的定子绕组发生匝间短路故障的前期，目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值受故障的影响较为微弱，所以，通过本实施例所提供的方法，还能够避免目标异步电机的定子绕组在发生匝间短路故障时的进一步恶化。因此，利用本实施例所提供的故障诊断方法还可以进一步提高目标异步电机在运行过程中的安全性以及可靠性。

可见，在本实施例中，首先是获取目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值，然后，基于瞬时无功功率理论，根据目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的瞬时无功功率，最后，再从目标异步电机的瞬时无功功率中提取目标异步电机的直流分量和二倍频交流分量，并求取二倍频交流分量与直流分量的目标比值，如果目标比值大于预设阈值，则说明目标异步电机的定子绕组发生匝间短路故障。显然，在本实施例所提供的异步电机的故障诊断方法中，因为是利用目标异步电机的瞬时无功功率中的直流分量和二倍频交流分量来判断目标异步电机的定子绕组是否发生匝间短路故障，相比于现有技术中通过负序电流、电流谐波或者电流矢量等方法来诊断目标异步电机的定子绕组是否发生匝间短路故障而言，可以更为灵敏地检测出目标异步电机的定子绕组是否发生匝间短路故障。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤S11：获取目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值的过程，包括：

分别利用电流传感器和电压重构算法获取目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值。

在实际应用中，通常在目标异步电机上会安装有电流传感器，所以，目标异步电机的三相电流的瞬时值就可以直接由电流传感器采集得到。显然，通过此种电流采集方式，就可以进一步提高在对目标异步电机的三相电流的瞬时值进行采集时的便捷度。

但是，在实际应用中，通常不会在目标异步电机上安装电压传感器，因此，在实际操作过程中，并不能利用电压传感器来直接测量目标异步电机的三相线电压的瞬时值。

鉴于此种因素的考量，在本实施例中，是利用电压重构算法来获取目标异步电机的三相线电压的瞬时值，因为电压重构算法不仅是实际应用中较为常用的一种电压估算方法，而且，还具有估算结果准确可靠的优点，所以，当利用电压重构算法来获取目标异步电机的三相线电压的瞬时值时，还可以相对提高在对目标异步电机的三相线电压的瞬时值进行估算时的准确度。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤：判断目标比值是否大于预设阈值的过程之后，还包括：

若否，则判定目标异步电机的定子绕组处于正常运行状态。

在实际操作过程中，如果目标异步电机的直流分量和二倍频交流分量的目标比值小于预设阈值，则说明目标异步电机的定子绕组是处于正常运行状态，在此情况下，目标异步电机就可以执行正常的逻辑动作。

显然，通过本实施例所提供的技术方案，进一步保证了本申请所提供异步电机的匝间短路故障诊断方法的完整性与全面性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤S15：判定目标异步电机的定子绕组发生匝间短路故障的过程之后，还包括：

提示预警信息。

在本实施例中，当判定出目标异步电机的定子绕组发生匝间短路故障时，还可以通过提示预警信息的方式来使得工作人员及时知悉到目标异步电机的当前运行状态。显然，通过此种设置方式，不仅可以避免目标异步电机遭受更为严重的损毁，而且，也可以相对降低人们的经济损失。

具体的，在实际应用中，可以通过语音提示的方式、蜂鸣报警的方式或者是灯光报警的方式来提醒工作人员，只要能够达到实际应用目的即可，此处不作具体限定。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤S12：基于瞬时无功功率理论，根据目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的瞬时无功功率的过程，包括：

根据目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率；

根据目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率获取目标异步电机的三相电流的正负零序分量和目标异步电机的三相线电压的正负零序分量；

基于瞬时无功功率理论，利用目标异步电机的三相电流的正负零序分量和目标异步电机的三相线电压的正负零序分量获取目标异步电机的瞬时无功功率。

在本实施例中，是提供了一种从目标异步电机的瞬时无功功率中提取目标异步电机的直流分量和二倍频交流分量的具体操作方法。也即，首先是根据瞬时无功功率计算目标异步电机的瞬时无功功率。

其中，目标异步电机的瞬时无功功率的表达式为：

式中，q为目标异步电机的瞬时无功功率，v_bc、v_ca和v_ab分别为目标异步电机的三相电流的瞬时值，i_a、i_b和i_c分别为目标异步电机的三相线电压的瞬时值。通过对瞬时电流和瞬时电压分别作FFT分析，分别提取相应的基波幅值、相角和频率。

然后，根据对称分量法，将目标异步电机的三相电流基波分量的瞬时值分解为三相电流的正负零序分量：

式中，和分别表示a相电流相量的正负零序分量，和分别表示a、b、c三相的电流相量；α＝e^j120°，I⁺、I^-和I⁰分别表示a相电流正序、负序和零序分量的幅值，和分别表示a相电流正序、负序和零序分量的相角。

由于a相电流的零序分量恒为零，所以，就可以将a相电流相量的正负序分量表示为瞬时值的形式，也即：

式中，I⁺和I^-分别表示a相电流正序和负序分量的幅值，和分别表示a相电流正序和负序分量的相角。

那么，目标异步电机的a、b和c相电流的瞬时值就可以表示成如下的正负零序分量，也即：

式中，i_a、i_b和i_c分别为目标异步电机的三相线电压的瞬时值，I⁺为a相电流正序分量的幅值，I^-为a相电流负序分量的幅值，ω表示频率，和分别表示a相电流正序和负序分量的相角。

同理，目标异步电机的三相线电压的瞬时值也可以表示为如下的正负零序分量，也即：

式中，v_bc、v_ca和v_ab分别为目标异步电机的三相电流的瞬时值，V⁺、V^-和V⁰分别表示目标异步电机的三相线电压的正序分量、负序分量和零序分量的幅值，和分别表示目标异步电机的三相线电压的正序分量、负序分量和零序分量的幅值的相角。

联立式(1)、式(4)和式(5)，可以计算得到目标异步电机的瞬时无功功率，也即：

当目标异步电机的处于正常运转状态、无故障时，目标异步电机的三相电流和三相线电压都只含有正序分量，那么，式(6)就可以化简为式(7)。由式(7)可以看出，当目标异步电机的三相电流和三相线电压处于稳定状态时，此时，目标异步电机的无功功率为恒定值，也即，目标异步电机的无功功率只含有直流分量。

而当目标异步电机的定子绕组发生匝间短路故障时，目标异步电机的三相电流和三相线电压中都会出现负序分量。那么，由目标异步电机的瞬时无功功率的表达式(6)可以得出目标异步电机的瞬时无功功率中除了有直流分量之外，还会出现有二倍频交流分量，也即，式(6)的后两项之和即为二倍频交流分量，其中，二倍频交流分量可以表示为：

最后，将二倍频交流分量和直流分量的目标比值η作为评估目标异步电机的定子绕组是否发生匝间短路故障严重程度的指标，也即：

可见，通过本实施例所提供的技术方案，不仅保证了目标异步电机的瞬时无功功率获取过程中的准确性，而且，也保证了目标比值η计算过程中的可靠性。

作为一种优选的实施方式，上述步骤：根据目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的三相电流的正负零序分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压的正负零序分量的幅值、相角和频率的过程，包括：

利用FFT对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析，得到目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率。

在本实施例中，在获取目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率的过程中，是通过FFT(FastFourier Transform，快速傅里叶变换)对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析得到。

作为一种优选的实施方式，根据目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率的过程，包括：

利用细化FFT对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析，得到目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率。

能够想到的是，虽然FFT在信号处理领域、科研领域和工程领域应用十分广泛，但是，FFT也存在局限性。比如：由于时域截断产生的能量泄露、谱峰值变小、精度较低，以及非整周期采样造成的频谱分析误差等等。所以，在实际应用中，还可以利用细化FFT来对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析，因为细化FFT的实质是利用FFT作全景谱，再针对要细化的部分用DFT(Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换)进行分析，将该区间的频谱曲线变为连续，由此就可以获取得到更为精确的频谱值。

显然，通过本实施例所提供的技术方案，可以对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行更为准确的分析。

作为一种优选的实施方式，上述步骤：根据目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的三相电流基波分量幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率的过程，包括：

利用离散频谱的能量重心校正法对FFT进行校正，得到第一校正FFT，利用第一校正FFT对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析，得到目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率。

可以理解的是，因为离散频谱的能量重心校正法相比于其它的分析方法而言，能够对多段平均功率频谱进行直接校正，所以，利用离散频谱的能量重心校正法的这一特性，这就可以显著提高在对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析过程中的准确性与可靠性。

也即，利用离散频谱的能量重心校正法对FFT进行校正，得到第一校正FFT，然后，再利用第一校正FFT对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析时，就可以进一步提高获取得到的目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率的准确度。

作为一种优选的实施方式，根据目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率的过程，包括：

利用离散频谱多点卷积算法对FFT进行校正，得到第二校正FFT，利用第二校正FFT对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析，得到目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率。

在实际应用中，还可以利用离散频谱多点卷积算法对FFT进行校正，因为该种算法能够抑制FFT频谱当中的泄露问题，并减少主瓣和旁瓣的比值，所以，利用离散频谱多点卷积算法对FFT进行校正，得到第二校正FFT，并利用第二校正FFT对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析，就可以获取得到更为准确的目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率。

显然，通过本实施例所提供的技术方案，不仅可以对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行更为准确的分析，而且，也可以使得FFT的校正方式更加灵活与多样。

请参见图2，图2为本发明实施例所提供的一种异步电机的匝间短路故障诊断装置的结构图，该故障诊断装置包括：

瞬时值获取模块21，用于获取目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值；

功率获取模块22，用于基于瞬时无功功率理论，根据目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的瞬时无功功率；

分量提取模块23，用于从目标异步电机的瞬时无功功率中提取目标异步电机的直流分量和二倍频交流分量；

阈值比较模块24，用于求取二倍频交流分量与直流分量的目标比值，并判断目标比值是否大于预设阈值；

故障判定模块25，用于当阈值比较模块24的判定结果为是时，则判定目标异步电机的定子绕组发生匝间短路故障。

优选的，瞬时值获取模块21，包括：

瞬时获取单元，用于分别利用电流传感器和电压重构算法获取目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值。

优选的，还包括：

状态判定模块，用于当阈值比较模块的判定结果为否时，则判定目标异步电机的定子绕组处于正常运行状态。

优选的，还包括：

预警提示模块，用于当判定目标异步电机的定子绕组发生匝间短路故障的过程之后，提示预警信息。

优选的，功率获取模块22，包括：

基波分量获取单元，用于根据目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值获取目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率；

正负零序获取单元，用于根据目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率获取目标异步电机的三相电流的正负零序分量和目标异步电机的三相线电压的正负零序分量；

瞬时功率获取单元，用于基于瞬时无功功率理论，利用目标异步电机的三相电流的正负零序分量和目标异步电机的三相线电压的正负零序分量获取目标异步电机的瞬时无功功率。

优选的，基波分量获取单元，包括：

第一获取子单元，用于利用FFT对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析，得到目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率。

优选的，基波分量获取单元，包括：

第二获取子单元，用于利用细化FFT对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析，得到目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率。

优选的，基波分量获取单元，包括：

第三获取子单元，用于利用离散频谱的能量重心校正法对FFT进行校正，得到第一校正FFT，利用第一校正FFT对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析，得到目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率。

优选的，基波分量获取单元，包括：

第四获取子单元，用于利用离散频谱多点卷积算法对FFT进行校正，得到第二校正FFT，利用第二校正FFT对目标异步电机的三相电流的瞬时值和三相线电压的瞬时值进行分析，得到目标异步电机的三相电流基波分量的幅值、相角和频率以及目标异步电机的三相线电压基波分量的幅值、相角和频率。

本发明实施例所提供的一种异步电机的匝间短路故障诊断装置，具有前述所公开的一种异步电机的匝间短路故障诊断方法所具有的有益效果。

请参见图3，图3为本发明实施例所提供的一种异步电机的匝间短路故障诊断设备的结构图，该故障诊断设备包括：

存储器31，用于存储计算机程序；

处理器32，用于执行计算机程序时实现如前述所公开的一种异步电机的匝间短路故障诊断方法的步骤。

本发明实施例所提供的一种异步电机的匝间短路故障诊断设备，具有前述所公开的一种异步电机的匝间短路故障诊断方法所具有的有益效果。

相应的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述所公开的一种异步电机的匝间短路故障诊断方法的步骤。

本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，具有前述所公开的一种异步电机的匝间短路故障诊断方法所具有的有益效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种异步电机的匝间短路故障诊断方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。