CN110161395A - 逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法及其监测系统 - Google Patents

逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法及其监测系统 Download PDF

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CN110161395A CN201910453923.5A CN201910453923A CN110161395A CN 110161395 A CN110161395 A CN 110161395A CN 201910453923 A CN201910453923 A CN 201910453923A CN 110161395 A CN110161395 A CN 110161395A
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Abstract

本发明公开了一种逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法及其监测系统，在逆变器驱动电机运行时实时测量其在高频特征频带fc下的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f，将电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f进行采样表征后得到电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f，将电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f与预先测定的电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f比较，根据比较差值大小评估逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态，其中，电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f是逆变器驱动电机在绝缘正常运行状态下，预先测定得到的在高频特征频带fc下的电机电流特征值。具有高灵敏度，且可持续地进行在线监测，同时本发明操作简便，安全性好，监测成本低，易于实施推广。

Description

逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法及其监测系统
技术领域
本发明属于逆变器驱动电机领域，具体涉及了一种逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法，本发明还涉及了该逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法所采用的监测系统。
背景技术
采用脉宽调制技术的逆变器驱动电机具有节能、易启动、效率高和调速性好等优点，被人们广泛应用于新能源汽车、轨道交通、风力发电、变频调速、船舶推进等领域。由于逆变器工作时的高dv/dt重复电压冲击电应力以及高频电压和电流谐波产生的热损耗，逆变器驱动电机的绝缘状态相比于常规工频电机更容易发生劣化。绝缘状态劣化后可能在短时间内发展为严重的电机故障并造成灾难性后果，因此，及时、有效地监测电机绝缘运行状态对是否可以有效确保设备安全可靠运行是至关重要的。为监测电机绝缘状态，现有技术已开展过相关的研发工作：
《电机与控制应用》在2018年第45期的第102-105页，作者为“张生德、汪双灿、赵超”，公开发表了标题为“电机绝缘系统在高频冲击下局部放电试验研究”的文献，该文献采用电机绕组线圈的初始局部放电电压作为劣化特征监测绝缘状态。然而局部放电测试装备比较昂贵，难以在线实施。此外，局部放电现场只能在较强电场条件下激发，不适用于低压电机。
《IEEE Transactions on Industry Applications》在2013年第49期的第13582-1366页，作者为“Grubic S,Habetler T G,Restrepo J.”，公开发表了标题为“OnlineSurge Testing Applied to an Induction Machine With Emulated InsulationBreakdown”的文献，该文献通过附加电路在电机正常运行时叠加暂态冲击电压，对电机绝缘进行在线冲击测试。但较高的电压冲击具有一定的安全隐患，可能会破坏电机绝缘，而且该方法不适用于逆变器驱动电机。
公开号为CN102135593A的中国发明专利公开了一种大电机绝缘状态在线评估方法，该方法利用局部放电和工作环境数据建立神经网络模型对绝缘状态进行评估和诊断。由于需要许多专用传感器采集大量的数据，该方法实施成本较高，而且对模型的精确性要求很高。
公开号为CN105158659A的中国发明专利公开了一种变频电机绝缘自动检测系统，该系统只能在停机间歇对电机绝缘进行离线式检测，无法准确地评估电机真实运行时的绝缘状态。
综上所述，现有的电机绝缘状态监测技术普遍存在早期劣化状态检测灵敏度不足、监测系统成本昂贵以及不利于可持续在线监测的问题。申请人希望寻求技术方案对上述技术问题进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法及其监测系统，具有高灵敏度，且可持续地进行在线监测，同时本发明操作简便，安全性好，监测成本低，易于实施推广。
本发明采用的技术方案如下：
一种逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法，在所述逆变器驱动电机运行时实时测量其在高频特征频带fc下的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f，将所述电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f进行采样表征后得到电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f，将所述电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f与预先测定的电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f比较，根据所述比较差值大小评估所述逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态，其中，所述电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f是所述逆变器驱动电机在绝缘正常运行状态下，预先测定得到的在高频特征频带fc下的电机电流特征值。
优选地，所述高频特征频带fc采用所述逆变器驱动电机在开关瞬态时的拖尾振荡分量频率Ft，其中，所述拖尾振荡分量频率Ft的计算方法为：通过高频电流传感器测量所述逆变器驱动电机在开关瞬态时的电流高频振荡信号is(t)，从所述电流高频振荡信号is(t)中分离出拖尾振荡分量F，所述拖尾振荡分量F为位于末端拖尾部分的is(t)信号，所述拖尾部分的幅值经拖尾一定时间后衰减至零；所述拖尾振荡分量频率Ft的计算公式为：Ft＝1/(t1-t0)，其中，所述t0为所述拖尾振荡分量F的起始时刻，t1为所述拖尾分量F振荡返回至其起始时刻t0幅值的时刻。
优选地，所述绝缘状态在线监测方法的操作步骤包括：
S10)、采用高频电流传感器实时测量所述逆变器驱动电机运行时的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF；
S20)、通过高频带通滤波器提取上述步骤S10)确定的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF在所述高频特征频带fc下的电流响应分量信号ia_△f、ib_△f和ic_△f；
S30)、采用特征值提取电路测量上述步骤S20)确定的电流响应分量信号ia_△f、ib_△f和ic_△f，得到所述逆变器驱动电机在高频特征频带fc下的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f；
S40)、将上述步骤S30)确定的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f进行AD采样表征，得到电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f；
S50)、将上述步骤S40)确定的电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f与预先测定的电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f比较，根据所述比较差值大小评估所述逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态。
优选地，在所述步骤S40)中，在进行AD采样表征后还通过数字滤波用于滤除噪声干扰，经过所述数字滤波后得到电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f。
优选地，一种逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测系统，其特征在于，采用如上所述的绝缘状态在线监测方法进行绝缘状态在线监测，所述绝缘状态在线监测系统包括高频电流传感器、电流响应分量提取电路以及位于逆变器驱动电机MCU模块内的电机电流实时特征值表征单元以及电机电流特征值比较模块，所述高频电流传感器安装位于电机与逆变器之间，采用非接触方式测量所述逆变器驱动电机运行时的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF，所述电流响应分量提取电路的输入端连接所述高频电流传感器，其输出端接入所述电机电流实时特征值表征单元用于输入电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f；所述电机电流实时特征值表征单元进行AD采样表征将其得到的电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f接入所述电机电流特征值比较模块的一输入端，且所述电机电流特征值比较模块的另一输入端接入所述电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f，所述电机电流特征值比较模块的输出端输出比较差值大小。
优选地，所述绝缘状态在线监测系统还包括位于逆变器驱动电机MCU模块内的电机绝缘运行状态评估单元，所述电机绝缘运行状态评估单元与所述电机电流特征值比较模块的输出端连接，并根据预设的评估控制条件直接显示所述逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态。
优选地，所述电流响应分量提取电路包括相互连接的高频带通滤波器和特征值提取电路，其中，所述高频带通滤波器的输入端连接所述高频电流传感器，所述高频带通滤波器提取在高频特征频带fc下的电流响应分量信号ia_△f、ib_△f和ic_△f，所述特征值提取电路的输出端接入所述电机电流实时特征值表征单元用于输入电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f。
优选地，所述电机电流实时特征值表征单元包括相互连接的AD采样单元和数字滤波单元，所述AD采样单元的输入端接入所述电流响应分量提取电路的输出端，所述数字滤波单元的输出端将其经过数字滤波后得到的电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f接入所述电机电流特征值比较模块的一输入端。
优选地，所述高频电流传感器的频带带宽范围大于200kHz，所述高频带通滤波器的工作频率范围为30kHz-800kHz。
本发明的优点：首先，本发明申请人惊喜地发现在一定的高频特征频带fc下，逆变器驱动电机的相关电流响应分量对于逆变器驱动电机绝缘状态参数的变化表现敏感，因此将该发现应用并进行特别设计后，可以作为反馈逆变器驱动电机绝缘运行状态的有效手段，而且可以实现对逆变器驱动电机早期绝缘状态劣化的监测，具有高监测灵敏度；同时采用该高频电流响应分量能够有效避开逆变器驱动电机运行时基波、谐波和开关纹波频带的干扰，进一步确保本发明的监测精密度；其次，本发明采用在逆变器驱动电机正常运行时在高频特征频带fc下对其高频电流信号进行特征提取的工作原理，因此可在逆变器驱动电机不停机条件下，对绝缘状态进行连续在线实时监测；同时，由于逆变器驱动电机的高频电流信号可以通过非接触式的检测方式获得，不会对逆变器驱动电机产生任何侵入，因此本发明操作简便，安全性好，其绝缘状态在线监测系统可以与逆变器驱动电机正常运行保持独立；
本发明具体优选地提出将逆变器驱动电机在开关瞬态时的拖尾振荡分量频率Ft作为确定高频特征频带fc，这是由于申请人发现，在电流高频振荡信号作用下其产生的拖尾振荡分量F对于逆变器驱动电机绝缘状态参数的变化具有更高的敏感度，进一步有效提高本发明的监测灵敏度。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式下逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测系统的结构示意图；
附图2是本发明具体实施方式下逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法的步骤框图；
附图3是本发明具体实施方式下拖尾振荡分量频率Ft的计算步骤框图；
附图4是本发明具体实施方式下逆变器驱动电机在开关瞬态时的PWM电压信号、电流信号以及电流高频振荡信号的波形图；
附图5是本发明具体实施方式下380V/3kW逆变器驱动电机变频调速系统的结构示意图；
附图6是图5所示逆变器驱动电机在开关瞬态时的PWM电压信号以及电流信号在2ms/格时间刻度下的波形图；
附图7是图5所示逆变器驱动电机在开关瞬态时的PWM电压信号、电流信号以及电流高频振荡信号在800ns/格时间刻度下的波形图；
附图8是图5所示电机在第一种运行工况时分别并联不同电容条件下完成步骤S40)后的电机电流实时特征值对比图；
附图9是图5所示电机在七种不同运行工况时分别并联不同电容条件下完成步骤S40)后的电机电流实时特征值对比矩阵图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法，在逆变器驱动电机运行时实时测量其在高频特征频带fc下的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f，将电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f进行采样表征后得到电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f，将电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f与预先测定的电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f比较，根据比较差值大小评估逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态，其中，电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f是逆变器驱动电机在绝缘正常运行状态下，预先测定得到的在高频特征频带fc下的电机电流特征值。
本发明实施例还公开了一种逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测系统，采用如上所述的绝缘状态在线监测方法进行绝缘状态在线监测，绝缘状态在线监测系统包括高频电流传感器、电流响应分量提取电路以及位于逆变器驱动电机MCU模块内的电机电流实时特征值表征单元以及电机电流特征值比较模块，高频电流传感器安装位于电机与逆变器之间，采用非接触方式测量逆变器驱动电机运行时的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF，电流响应分量提取电路的输入端连接高频电流传感器，其输出端接入电机电流实时特征值表征单元用于输入电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f；电机电流实时特征值表征单元进行AD采样表征将其得到的电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f接入电机电流特征值比较模块的一输入端，且电机电流特征值比较模块的另一输入端接入电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f，电机电流特征值比较模块的输出端输出比较差值大小。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
请参见图1所示的一种逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测系统，包括高频电流传感器、电流响应分量提取电路以及位于逆变器驱动电机MCU模块内的电机电流实时特征值表征单元以及电机电流特征值比较模块，高频电流传感器安装位于电机与逆变器之间，采用非接触方式测量逆变器驱动电机运行时的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF，电流响应分量提取电路的输入端连接高频电流传感器，其输出端接入电机电流实时特征值表征单元用于输入电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f；电机电流实时特征值表征单元进行AD采样表征将其得到的电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f接入电机电流特征值比较模块的一输入端，且电机电流特征值比较模块的另一输入端接入电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f，电机电流特征值比较模块的输出端输出比较差值大小；
优选地，在本实施方式中，电流响应分量提取电路包括相互连接的高频带通滤波器和特征值提取电路，其中，高频带通滤波器的输入端连接高频电流传感器，高频带通滤波器提取在高频特征频带fc下的电流响应分量信号ia_△f、ib_△f和ic_△f，特征值提取电路的输出端接入电机电流实时特征值表征单元用于输入电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f；电机电流实时特征值表征单元包括相互连接的AD采样单元和数字滤波单元，AD采样单元的输入端接入特征值提取电路的输出端，数字滤波单元的输出端将其经过数字滤波后得到的电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f接入电机电流特征值比较模块的一输入端；绝缘状态在线监测系统还包括位于逆变器驱动电机MCU模块内的电机绝缘运行状态评估单元，电机绝缘运行状态评估单元与电机电流特征值比较模块的输出端连接，并根据预设的评估控制条件直接显示逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态；
优选地，在本实施方式中，高频电流传感器具有宽频带范围，其频带带宽范围大于200kHz，高频带通滤波器的工作频率范围为30kHz-800kHz；
本实施例上述提出的逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测系统所采用的绝缘状态在线监测方法：采用在逆变器驱动电机运行时实时测量其在高频特征频带fc下的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f，将电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f进行采样表征后得到电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f，将电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f与预先测定的电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f比较，根据比较差值大小评估逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态，其中，电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f是逆变器驱动电机在绝缘正常运行状态下，预先测定得到的在高频特征频带fc下的电机电流特征值；
进一步优选地，请进一步参见图2所示，在本实施方式中，绝缘状态在线监测方法的操作步骤包括：
S10)、采用高频电流传感器实时测量逆变器驱动电机运行时的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF；
S20)、通过高频带通滤波器提取上述步骤S10)确定的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF在高频特征频带fc下的电流响应分量信号ia_△f、ib_△f和ic_△f；优选地，高频特征频带fc采用逆变器驱动电机在开关瞬态时的拖尾振荡分量频率Ft，其中，请进一步结合参见图3和图4所示，其中，图4(a)为本实施例逆变器驱动电机在开关瞬态时的PWM电压信号v(t)波形图，图4(b)为本实施例逆变器驱动电机在开关瞬态时的电流信号i(t)波形图，图4(c)为本实施例图3所标记出电流高频振荡信号is(t)的进一步放大波形图，本实施例拖尾振荡分量频率Ft的计算方法包括如下步骤：
a10)、通过高频电流传感器测量逆变器驱动电机在开关瞬态时的电流高频振荡信号is(t)；
a20)、从电流高频振荡信号is(t)中分离出拖尾振荡分量F，拖尾振荡分量F为位于末端拖尾部分的is(t)信号，拖尾部分的幅值经拖尾一定时间后衰减至零；
a30)、计算拖尾振荡分量频率Ft，计算公式为：Ft＝1/(t1-t0)，其中，t0为拖尾振荡分量F的起始时刻，t1为拖尾分量F振荡返回至其起始时刻t0幅值的时刻。
S30)、采用特征值提取电路测量上述步骤S20)确定的电流响应分量信号ia_△f、ib_△f和ic_△f，得到逆变器驱动电机在高频特征频带fc下的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f；
S40)、将上述步骤S30)确定的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f通过AD采样单元进行AD采样表征，然后通过数字滤波单元进行数字滤波用于滤除噪声干扰，得到电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f；
S50)、电机电流特征值比较模块将上述步骤S40)确定的电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f与预先测定的电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f比较，电机绝缘运行状态评估单元根据比较差值大小，并根据预设的评估控制条件直接显示逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态。
本实施例还进行了如下具体实施案例应用，下面结合该具体实施案例应用来对本发明的实施方式进行详细说明：
请进一步参见图5所示，本具体实施例的实验平台采用380V/3kW逆变器驱动电机变频调速系统，包括逆变器和变频电机，其中，电机采用交流永磁同步电机，其主要参数如下表1所示：
表1：本具体实施例中电机的主要参数设置
具体优选地，请参见图6和图7所示，图6(a)为本380V/3kW逆变器驱动电机在开关瞬态时的PWM电压信号v(t)波形图，图6(b)为本380V/3kW逆变器驱动电机在开关瞬态时的电流信号i(t)波形图，图6信号波形图的时间t坐标刻度均为2ms/格；图7(a)为本380V/3kW逆变器驱动电机在开关瞬态时的PWM电压信号v(t)波形图，图7(b)为本380V/3kW逆变器驱动电机在开关瞬态时的电流信号i(t)波形图，图7(c)为本380V/3kW逆变器驱动电机在开关瞬态时的电流高频振荡信号is(t)波形图，图7信号波形图的时间t坐标刻度均为800ns/格，v(t)图中的PWM电压信号坐标采用250V/格，i(t)图中的电流信号坐标采用0.5A/格；
根据图7所示数据来计算得到拖尾振荡分量频率Ft，具体计算过程如下：
Δt＝t1-t0≈2.85×10-6 (1)
由式(1)和式(2)计算得到：
Ff≈350kHz
因此，在本具体实施例中，经过设计计算，为380V/3kW逆变器驱动电机选用了一个中心频率为350kHz的二阶高频带通滤波器，也就是本发明所述的高频特征频带fc为350kHz；
本380V/3kW逆变器驱动电机变频调速系统采用上述的绝缘状态在线监测方法，同时为了更好地对本发明的技术效果进行验证，本具体实施例还进行了以下多组实验对比设计：
首先，本具体实施例分别为380V/3kW逆变器驱动电机设置了七种运行工况，该七种独立工况时通过不同基波频率和不同基波电流来做出改变得到，具体设置如下表2：
表2：本具体实施例中七种运行工况的参数设置
基波频率 基波电流
第一种运行工况 30Hz 7.5A
第二种运行工况 50Hz 7.5A
第三种运行工况 80Hz 7.5A
第四种运行工况 100Hz 7.5A
第五种运行工况 100Hz 5.0A
第六种运行工况 100Hz 2.0A
第七种运行工况 50Hz 2.0A
同时本具体实施例还专门为380V/3kW逆变器驱动电机变频调速系统设计了不同的绝缘运行状态，具体是对该变频电机进行改造，从变频电机某相绕组的线圈中引出了两根抽头，通过在抽头间并联五组不同电容，分别为0.2nF、1nF、2nF、3nF以及4.7nF，通过该设置模拟变频电机的早期绝缘劣化状态，而没有并联电容则为0nF，代表变频电机处于绝缘正常运行状态；
在完成以上实验条件设置后，针对380V/3kW逆变器驱动电机变频调速系统的每一种运行工况在以上六种(分别为0nF、0.2nF、1nF、2nF、3nF以及4.7nF)绝缘故障模拟电容条件下分别按照本实施例上述的绝缘状态在线监测方法，进行了三组绝缘状态在线监测；
请进一步参见图8所示，本具体实施例在第一种运行工况时，在以上六种(分别为0nF、0.2nF、1nF、2nF、3nF以及4.7nF)绝缘故障模拟电容条件下进行的三组绝缘状态在线监测得到的电机电流实时特征值对比图，其中，图8所示的0nF对应的电机电流实时特征值即为本实施例的电机电流初始特征值，从图8中的对比数据可明显看出，在该高频特征频带fc＝350kHz下，不同绝缘运行状态下的电机电流实时特征值会发生相应变化，而且随着绝缘状态的恶化，电机电流实时特征值与电机电流初始特征值的差值会越来越大；
请进一步参见图9所示，在与上图8所示的第一种运行工况完全相同的实施条件下，本具体实施例对其余六种运行工况进行了在线监测，进而得到了本图9所示的电机电流实时特征值对比矩阵图，其中，图9中的数据取其三组电机电流实时特征值的平均值，同样地，我们可以通过图9可看出，在七种运行工况时，绝缘正常运行状态下的电机电流初始特征值比较接近，随着绝缘故障模拟电容的增加，电机电流实时特征值不断增大，同时在不同运行工况间可以获得类似的技术效果，因此，通过本实施例验证可证明，无论电机运行工况如何，利用电机电流实时特征值的变化均可有效评估出电机绝缘状态劣化程度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法，其特征在于，在所述逆变器驱动电机运行时实时测量其在高频特征频带fc下的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f，将所述电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f进行采样表征后得到电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f，将所述电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f与预先测定的电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f比较，根据所述比较差值大小评估所述逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态，其中，所述电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f是所述逆变器驱动电机在绝缘正常运行状态下，预先测定得到的在高频特征频带fc下的电机电流特征值。
2.如权利要求1所述的逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法，其特征在于，所述高频特征频带fc采用所述逆变器驱动电机在开关瞬态时的拖尾振荡分量频率Ft，其中，所述拖尾振荡分量频率Ft的计算方法为：通过高频电流传感器测量所述逆变器驱动电机在开关瞬态时的电流高频振荡信号is(t)，从所述电流高频振荡信号is(t)中分离出拖尾振荡分量F，所述拖尾振荡分量F为位于末端拖尾部分的is(t)信号，所述拖尾部分的幅值经拖尾一定时间后衰减至零；所述拖尾振荡分量频率Ft的计算公式为：Ft＝1/(t1-t0)，其中，所述t0为所述拖尾振荡分量F的起始时刻，t1为所述拖尾分量F振荡返回至其起始时刻t0幅值的时刻。
3.如权利要求1或2所述的逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法，其特征在于，所述绝缘状态在线监测方法的操作步骤包括：
S10)、采用高频电流传感器实时测量所述逆变器驱动电机运行时的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF；
S20)、通过高频带通滤波器提取上述步骤S10)确定的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF在所述高频特征频带fc下的电流响应分量信号ia_△f、ib_△f和ic_△f；
S30)、采用特征值提取电路测量上述步骤S20)确定的电流响应分量信号ia_△f、ib_△f和ic_△f，得到所述逆变器驱动电机在高频特征频带fc下的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f；
S40)、将上述步骤S30)确定的电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f进行AD采样表征，得到电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f；
S50)、将上述步骤S40)确定的电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f与预先测定的电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f比较，根据所述比较差值大小评估所述逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态。
4.如权利要求3所述的逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法，其特征在于，在所述步骤S40)中，在进行AD采样表征后还通过数字滤波用于滤除噪声干扰，经过所述数字滤波后得到电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f。
5.如权利要求4所述的逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测方法，其特征在于，所述高频电流传感器采用非接触方式实时测量所述逆变器驱动电机运行时的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF。
6.一种逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测系统，其特征在于，采用如权利要求1-5之一所述的绝缘状态在线监测方法进行绝缘状态在线监测，所述绝缘状态在线监测系统包括高频电流传感器、电流响应分量提取电路以及位于逆变器驱动电机MCU模块内的电机电流实时特征值表征单元以及电机电流特征值比较模块，所述高频电流传感器安装位于电机与逆变器之间，采用非接触方式测量所述逆变器驱动电机运行时的高频三相电流分量ia_HF、ib_HF和ic_HF，所述电流响应分量提取电路的输入端连接所述高频电流传感器，其输出端接入所述电机电流实时特征值表征单元用于输入电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f；所述电机电流实时特征值表征单元进行AD采样表征将其得到的电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f接入所述电机电流特征值比较模块的一输入端，且所述电机电流特征值比较模块的另一输入端接入所述电机电流初始特征值Ia0_△f、Ib0_△f和Ic0_△f，所述电机电流特征值比较模块的输出端输出比较差值大小。
7.如权利要求6所述的逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测系统，其特征在于，所述绝缘状态在线监测系统还包括位于逆变器驱动电机MCU模块内的电机绝缘运行状态评估单元，所述电机绝缘运行状态评估单元与所述电机电流特征值比较模块的输出端连接，并根据预设的评估控制条件直接显示所述逆变器驱动电机的当前绝缘运行状态。
8.如权利要求6或7所述的逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测系统，其特征在于，所述电流响应分量提取电路包括相互连接的高频带通滤波器和特征值提取电路，其中，所述高频带通滤波器的输入端连接所述高频电流传感器，所述高频带通滤波器提取在高频特征频带fc下的电流响应分量信号ia_△f、ib_△f和ic_△f，所述特征值提取电路的输出端接入所述电机电流实时特征值表征单元用于输入电流响应分量Ia_△f、Ib_△f和Ic_△f。
9.如权利要求6所述的逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测系统，其特征在于，所述电机电流实时特征值表征单元包括相互连接的AD采样单元和数字滤波单元，所述AD采样单元的输入端接入所述电流响应分量提取电路的输出端，所述数字滤波单元的输出端将其经过数字滤波后得到的电机电流实时特征值Iar_△f、Ibr_△f和Icr_△f接入所述电机电流特征值比较模块的一输入端。
10.如权利要求8所述的逆变器驱动电机的绝缘状态在线监测系统，其特征在于，所述高频电流传感器的频带带宽范围大于200kHz，所述高频带通滤波器的工作频率范围为30kHz-800kHz。
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