阅读说明：本技术 一种基于定子电流复数分量的感应电机匝间短路故障诊断方法 (Induction motor turn-to-turn short circuit fault diagnosis method based on stator current complex component ) 是由 谢颖 陈鹏 胡圣明 李道璐 魏静微 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：一种基于定子电流复数分量的感应电机匝间短路故障诊断方法,涉及电机故障诊断技术领域。本发明是为了解决现有的匝间短路故障诊断技术,由于信号处理复杂,需要大量探测器传感器设备的问题。本发明所述的一种基于定子电流复数分量的感应电机匝间短路故障诊断方法,可用于诊断感应电机匝间短路故障；本发明所需设备少,结果处理简便；不受电机运行工况限制,在空载和负载条件均可有效诊断故障,还能够在故障情况下识别故障发生相。(A method for diagnosing turn-to-turn short circuit fault of an induction motor based on a stator current complex component relates to the technical field of motor fault diagnosis. The invention aims to solve the problem that a large amount of detector sensor equipment is needed due to complex signal processing in the existing turn-to-turn short circuit fault diagnosis technology. The method for diagnosing the turn-to-turn short circuit fault of the induction motor based on the complex component of the stator current can be used for diagnosing the turn-to-turn short circuit fault of the induction motor; the invention needs less equipment and has simple and convenient result processing; the method is not limited by the operation condition of the motor, can effectively diagnose the fault under the conditions of no load and load, and can identify the fault occurrence phase under the fault condition.)

一种基于定子电流复数分量的感应电机匝间短路故障诊断 方法

技术领域

本发明属于电机故障诊断技术领域，尤其涉及感应电机匝间短路故障的诊断。

背景技术

感应电机由于其结构简单、坚固耐用、造价成本低等优点被广泛应用在各种工业应用场合中。根据相关统计数据，感应电机消耗的电量在电网总负荷中的比例达到了40％左右。

作为生产生活中的主要动力设备，感应电机能否健康稳定运行或在电机故障初期就能及时诊断故障对于工业生产设备和运行人员安全有着重要意义。

感应电机由于其使用工况复杂，使用环境条件恶劣等因素影响，会发生各种故障。据统计，定子故障在交流电机故障类型中占比30％～40％，其中匝间短路故障又是定子故障最为典型的故障类型。匝间短路故障如果不能及时检测诊断，其故障电流引起的温升会迅速破坏电机绝缘，引发更为严重的相间短路故障，进一步发展，会烧毁电机进而影响整个工业系统的运行，造成巨大的经济损失与人员安全隐患。

现有的匝间短路故障诊断技术，具有信号处理复杂，需要大量探测器传感器设备，诊断系统的造价高的缺点。因此，提出一种检测方法简单，信号处理过程简便，同时具有良好的诊断效果的诊断方法具有重要的实际意义。

发明内容

本发明是为了解决现有的匝间短路故障诊断技术，由于信号处理复杂，需要大量探测器传感器设备的问题，现提供一种基于定子电流复数分量的感应电机匝间短路故障诊断方法。

一种基于定子电流复数分量的感应电机匝间短路故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤一：采集待诊断感应电机的三相定子电流i_a、i_b、i_c，

步骤二：将三相定子电流代入复数分量法矩阵中分别计算三相定子电流的复数分量i₁、i₂、i₀，

步骤三：将复数分量i₁的实部i_1x和虚部i_1y画在复数平面上，

步骤四：判断画在复数平面上的轨迹形状，

当轨迹为圆形时，则执行步骤五，

当轨迹为椭圆形时，则判定感应电机出现匝间短路故障，

步骤五：判断复数分量i₁的实部和虚部是否满足下式：

其中，δ为指定阈值，

是则判定感应电机出现匝间短路故障，

否则判定感应电机未出现匝间短路故障。

进一步的，在判定感应电机出现匝间短路故障之后，还包括以下步骤：

当轨迹长轴位于复数平面的第二和第四象限时，则判定感应电机A相出现故障，

当轨迹长轴与复数平面纵轴平行时，则判定感应电机B相出现故障，

当轨迹长轴位于复数平面的第一和第三象限时，则判定感应电机C相出现故障。

进一步的，上述步骤二中复数分量法矩阵形式如下：

其中，

则根据下式计算三相定子电流的复数分量i₁、i₂、i₀：

进一步的，上述三相定子电流的复数分量i₁和i₂互为共轭复数，i₁的表达式为：

i₁＝i_1x+ji_1y。

本发明有益效果是：

本发明所述的一种基于定子电流复数分量的感应电机匝间短路故障诊断方法，可用于诊断感应电机匝间短路故障；本发明所需设备少，结果处理简便；不受电机运行工况限制，在空载和负载条件均可有效诊断故障，还能够在故障情况下识别故障发生相。

附图说明

图1为电机定子A相匝间短路故障等效电路图；

图2为一种基于定子电流复数分量的感应电机匝间短路故障诊断方法的流程图；

图3为空载工况下三种情况的复数平面轨迹图，其中，(a)空载健康，(b)空载25匝故障，(c)空载45匝故障；

图4为空载工况下三种情况轨迹的长短轴之比示意图；

图5为额定负载工况下三种情况的复数平面轨迹图，其中，(a)负载健康，(b)负载25匝故障，(c)负载45匝故障；

图6为额定负载工况下三种情况轨迹的长短轴之比示意图；

图7为空载工况下定子三相不同位置发生匝间短路故障的复数平面轨迹图，其中，(a)空载45匝故障-A相，(b)空载45匝故障-B相，(c)空载45匝故障-C相。

具体实施方式

图1是感应电机定子A相匝间短路的等效电路图，由于电机匝间绝缘水平下降，短路的线圈间会有一个接触电阻，在本实施方式中，空载下该接触电阻为4Ω，负载下该接触电阻为3Ω，具体参数如表1：

表1感应电机定子参数表

根据表1中的情况进行仿真，然后利用以下具体实施方式中的方法进行处理。

具体实施方式一：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于定子电流复数分量的感应电机匝间短路故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤一：采集待诊断感应电机的三相定子电流i_a、i_b、i_c。

步骤二：根据下式将三相定子电流代入复数分量法矩阵中分别计算三相定子电流的复数分量i₁、i₂、i₀：

其中，

为复数分量法矩阵，

步骤三：经过以上步骤处理分析后，所得结果均为复数瞬时值，三相定子电流的复数分量i₁和i₂互为共轭复数，i₁的表达式为：

i₁＝i_1x+ji_1y，

将空载和负载条件下的轨迹画在复数平面上，即：将复数分量i₁的实部i_1x和虚部i_1y画在复数平面上，参见图3和图5。

步骤四：判断画在复数平面上的轨迹形状，从图3和图5中可以看出，在两种负载条件下，健康电机的复数平面轨迹为一个圆，而故障电机的复数平面轨迹为一个椭圆，通过此变化即可诊断故障是否发生。

步骤五：当故障程度较低时，也就是轨迹的变化不明显时，可以通过比较轨迹的长短轴之比来进行诊断，参见图4和图6，具体方法为：

判断复数分量i₁的实部和虚部是否满足下式：

其中，δ为指定阈值，本实施方式中，空载时指定阈值δ设置为1.07，负载时指定阈值δ设置为1.04。

当上式结果大于指定阈值时，即公式成立，则判定电机发生匝间短路故障；当上式结果成立，则判定电机未发生匝间短路故障。

指定阈值的设定在理想情况下应为1，但是由于数据波动和实际电机存在的固有不对称问题此值应稍大于1，指定阈值的设定应根据实际电机情况而确定。

经过以上步骤后，当电机被诊断为发生故障时，可根据图7所示相应的轨迹分布判断故障发生相，即：

当轨迹长轴位于复数平面的第二和第四象限时，则判定感应电机A相出现故障，

当轨迹长轴与复数平面纵轴平行时，则判定感应电机B相出现故障，

当轨迹长轴位于复数平面的第一和第三象限时，则判定感应电机C相出现故障。