CN111381187B - 一种电机断线的检测方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机断线的检测方法，应用于架控或车控，包括获取变流器的输出电压、输出电流以及转速；根据所述输出电压与所述输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链；根据所述输出电流与所述转速，通过电流模型计算得到第二磁链；判断所述第一磁链与所述第二磁链是否一致；若不一致，则电机发生断线。该检测方法可有效检测电机是否断线，提高电机断线检测的可靠度，避免电机严重发热情况的发生，延长电机使用寿命。本发明还公开了一种电机断线的检测系统、装置以及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。

Description

一种电机断线的检测方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及变流器故障诊断技术领域，特别涉及一种电机断线的检测方法；还涉及一种电机断线的检测系统、装置以及计算机可读存储介质。

背景技术

在轨道交通领域，一台牵引变流器可能同时驱动同一转向架上的两台电机即架控，或者，同时驱动同一辆车的四台电机即车控。目前，进行电机断线与否的检测方式为通过检测牵引变流器输出电流中的负序分量来检测电机是否断线，然而此检测方式仅适用于电机的某一相断线的情况，若电机发生两相或三相断线，由于电机断线后，牵引变流器的三相负载仍然是对称的，因此无法通过上述现有检测方式有效检测出电机发生断线，从而导致连接于同一牵引变流器的未发生断线的电机的电流增加，致使电机严重发热，影响电机的使用寿命。

因此，如何提供一种电机断线的检测方案，可有效检测电机是否断线，提高电机断线检测的可靠度是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电机断线的检测方法、系统、装置以及计算机可读存储介质，可有效检测电机是否断线，提高电机断线检测的可靠度，避免电机严重发热情况的发生，增加电机使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电机断线的检测方法，应用于架控或车控，包括：

获取变流器的输出电压、输出电流以及转速；

根据所述输出电压与所述输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链；

根据所述输出电流与所述转速，通过电流模型计算得到第二磁链；

判断所述第一磁链与所述第二磁链是否一致；若不一致，则电机发生断线。

可选的，所述根据所述输出电压及所述输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链，包括：

将所述输出电压与所述输出电流变换至静止α-β坐标系上分别得到两相输出电压与两相输出电流；

根据所述两相输出电压与所述两相输出电流，通过

计算得到所述第一磁链；

其中，所述ψ_rα与所述ψ_rβ为中间变量，所述ψ_u为所述第一磁链，所述L_r为转子电感，所述L_m为励磁电感，所述R_s为定子电阻，所述L_s为定子电感，所述σ为漏磁系数，且

所述u_sα与所述u_sβ分别为所述两相输出电压的两相，所述i_sα与所述i_sβ分别为所述两相输出电流的两相。

可选的，所述根据所述输出电流与所述转速，通过电流模型计算得到第二磁链，包括：

根据所述两相输出电流与所述转速，通过

计算得到所述第二磁链；

其中，所述ψ′_rα与所述ψ′_rβ为中间变量，所述ψ_i为所述第二磁链，所述T_r为转子时间常数，且T_r＝L_r/R_r，所述R_r为转子电阻，所述s为拉普拉斯算子，所述ω_n为所述转速。

可选的，所述根据所述输出电流及所述转速，通过电流模型计算得到第二磁链，包括：

将所述输出电流变换至M-T坐标系上得到两相输出电流；

根据所述两相输出电流与所述转速，通过

θ＝∫ω₁dt

计算得到所述第二磁链；

其中，所述ψ_i为所述第二磁链，所述T_r为转子时间常数，且T_r＝L_r/R_r，所述L_r为转子电感，所述R_r为转子电阻，所述L_m为励磁电感，所述ω_n为所述转速，所述i_sm励磁电流分量，所述i_st为转矩电流分量，所述i_sα与所述i_sβ分别为所述两相输出电流的两相，所述ω₁与所述θ为中间变量。

可选的，所述判断所述第一磁链与所述第二磁链是否一致，包括：

通过

计算所述第一磁链与所述第二磁链的磁链偏差值；

比较所述磁链偏差值与预设阈值的大小；

若所述磁链偏差值大于所述预设阈值，则所述第一磁链与所述第二磁链不一致；

其中，所述δ为所述磁链偏差值，所述ψ_u为所述第一磁链，所述ψ_i为所述第二磁链。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电机断线的检测系统，应用于架控或车控，包括：

获取模块，用于获取变流器的输出电压、输出电流以及转速；

第一计算模块，用于根据所述输出电压与所述输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链；

第二计算模块，用于根据所述输出电流与所述转速，通过电流模型计算得到第二磁链；

判断模块，用于判断所述第一磁链与所述第二磁链是否一致；若不一致，则电机发生断线。

可选的，所述判断模块包括：

计算单元，用于通过

计算所述第一磁链与所述第二磁链的磁链偏差值；

比较单元，用于比较所述磁链偏差值与预设阈值的大小；若所述磁链偏差值大于所述预设阈值，则所述第一磁链与所述第二磁链不一致；

其中，所述δ为所述磁链偏差值，所述ψ_u为所述第一磁链，所述ψ_i为所述第二磁链。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电机断线的检测装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的电机断线的检测方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的电机断线的检测方法的步骤。

本发明所提供的电机断线的检测方法，包括获取变流器的输出电压、输出电流以及转速；根据所述输出电压与所述输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链；根据所述输出电流与所述转速，通过电流模型计算得到第二磁链；判断所述第一磁链与所述第二磁链是否一致；若不一致，则电机发生断线。

可见，本发明所提供的电机断线的检测方法，以变流器的输出电压、输出电流以及转速作为判断电机是否断线的基础，获取变流器的输出电压、输出电流以及转速，进而根据上述参数分别通过电压模型与电流模型计算得到第一磁链与第二磁链，进一步通过判断第一磁链与第二磁链是否一致即可判断电机是否发生断线。该检测方法不仅适用于电机发生单相断线的情况，还适应于电机发生两相或三线断线的情况，突破了传统检测方式的局限，可有效检测电机是否断线，提高电机断线检测的可靠度，避免电机严重发热情况的发生，延长电机使用寿命。

本发明所提供的电机断线的检测系统、装置以及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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。

图1为本发明实施例所提供的电机断线的检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所提供的电机断线的检测系统的示意图；

图3为本发明实施例所提供的电机断线的检测装置的示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电机断线的检测方法、系统、装置以及计算机可读存储介质，可有效检测电机是否断线，提高电机断线检测的可靠度，避免电机严重发热情况的发生，增加电机使用寿命。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的电机断线的检测方法的流程示意图；参考图1可知，该检测方法包括：

本检测方法应用于架控或车控，所谓架控，即一台牵引变流器同时驱动同一转向架上的两台电机，所谓车控，即一台牵引变流器同时驱动同一辆车的四台电机。

S100：获取变流器的输出电压、输出电流以及转速；

具体的，本步骤旨在获取变流器的输出电压、输出电流以及转速，为后续计算电机的磁链提供计算依据，具体而言，为实现对变流器的控制，通常变流器中安装有电流传感器以及转速传感器，故可以利用变流器中的电流传感器以及转速传感器分别直接进行输出电流获取与转速获取。另外，可通过电压重构的方式获取变流器的输出电压，对于电压重构的具体实施过程，可以参考现有技术，本发明在此不做赘述。

S200：根据输出电压与输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链；

具体的，在获取变流器的输出电压以及输出电流的基础上，进一步，根据该输出电压与输出电流，通过电压模型计算得到电机的第一磁链。其中，该第一磁链可以为电机的定子磁链、转子磁链、气隙磁链的任意一种，而对于其具体类型，本发明不做唯一限定，可以根据实际需要进行差异性设置。

在一种具体的实施方式中，上述根据输出电压与输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链包括：将输出电压与输出电流变换至静止α-β坐标系上分别得到两相输出电压与两相输出电流；根据两相输出电压与两相输出电流，通过

以及

计算得到第一磁链。其中，ψ_rα与ψ_rβ为中间变量，ψ_u为第一磁链，L_r为转子电感，L_m为励磁电感，R_s为定子电阻，L_s为定子电感，σ为漏磁系数，且

u_sα与u_sβ分别为两相输出电压的两相，i_sα与i_sβ分别为两相输出电流的两相。

具体的，本实施例中，第一磁链具体为转子磁链。首先将获取到的变流器的三相输出电压与三相输出电流转化为两相输出电压与两相输出电流，具体将三相输出电压与三相输出电流变换至静止α-β坐标系上，从而分别得到变流器的两相输出电压与两相输出电流。其中，对于上述变换过程可以参照现有技术，本发明对此不再赘述。进一步，根据转化后的两相输出电压与两相输出电流，通过

以及

计算得到第一磁链。

S300：根据输出电流与转速，通过电流模型计算得到第二磁链；

具体的，在获取变流器的输出电路以及转速的情况下，进一步，根据该输出电流与转速，通过电流模型得到电机的第二磁链。同样，对于第二磁链的具体类型，本发明不做具体限定，与上述第一磁链的类型相互一致即可。

在一种具体的实施方式中，上述根据输出电流与转速，通过电流模型计算得到第二磁链包括：根据两相输出电流与转速，通过

计算得到第二磁链；其中，ψ′_rα与ψ′_rβ为中间变量，ψ_i为第二磁链，T_r为转子时间常数，且T_r＝L_r/R_r，R_r为转子电阻，s为拉普拉斯算子，ω_n为转速。

具体的，针对第一磁链为转子磁链的情况，本实施例中的第二磁链对应的也为转子磁链。具体在通过将变流器的输出电流变换至静止α-β坐标系上，实现三相输出电流转化为两相输出电流的基础上，进一步根据该两相输出电流与转速，通过

以及

计算得到第二磁链。

此外，在另一种具体的实施方式中，上述根据输出电流及转速，通过电流模型计算得到第二磁链包括：将输出电流变换至M-T坐标系上得到两相输出电流；根据两相输出电流与转速，通过

θ＝∫ω₁dt，

计算得到第二磁链；其中，ψ_i为第二磁链，T_r为转子时间常数，且T_r＝L_r/R_r，L_r为转子电感，R_r为转子电阻，L_m为励磁电感，ω_n为转速，i_sm励磁电流分量，i_st为转矩电流分量，i_sα与i_sβ分别为两相输出电流的两相，ω₁与θ为中间变量。

具体的，本实施例同样对应于第一磁链为转子磁链的情况，而本实施例进行三相输出电流转换为两相输出电流的方式为将三相输出电流变换至M-T坐标系上得到两相输出电流；从而根据两相输出电流与转速，通过

θ＝∫ω₁dt，

计算得到第二磁链。

自然，也可以通过将三相输出电压变换至M-T坐标系上的方式，实现三相输出电压转化为两相输出电压的目的，本发明在此不再展开，可以参见现有技术方案。

另外，可以明白的是，上述第一磁链、第二磁链中“第一”与“第二”关系术语仅用于区分通过电压模型计算得到的磁链与通过电流模型计算得到的磁链，而不作为对二者关系或顺序的限定。即步骤S200与步骤300执行顺序不具有严格的先后限定。

S400：判断第一磁链与第二磁链是否一致；

具体的，由于在电机未发生断线时，步骤S200计算得到的第一磁链与步骤S300计算得到的第二磁链理论上是相等的，而当电机发生断线，第一磁链与第二磁链则不再相等。因此，计算得到第一磁链与第二磁链后，可判断二者是否一致，若一致，则表明电机正常，不存在电机断线；相反，若不一致，则表示电机异常，电机发生断线。其中，判断第一磁链与第二磁链是否一致的具体方式可以为将第一磁链与第二磁链做差，进而根据差值判断二者是否一致；或者为将第一磁链与第二磁链做比，以根据比值大小判断二者是否一致。当然，还可以为其他方式，对此本发明不做限定，无论采取何种方式均不影响本技术方案的实施。

在一种具体的实施方式中，上述判断第一磁链与第二磁链是否一致包括：通过

计算第一磁链与第二磁链的磁链偏差值；比较磁链偏差值与预设阈值的大小；若磁链偏差值大于预设阈值，则第一磁链与第二磁链不一致；

其中，δ为磁链偏差值，ψ_u为第一磁链，ψ_i为第二磁链。

具体的，本实施例首先通过

计算第一磁链与第二磁链的磁链偏差值，即对第一磁链与第二磁链的差值取绝对值后与第一磁链和第二磁链中的较小值作比，得到磁链偏差值δ，进一步，比较该磁链偏差值与预设阈值的大小，若磁链偏差值大于预设阈值，则第一磁链与第二磁链不一致，相反，若磁链偏差值小于或等于预设阈值，则第一磁链与第二磁链一致。

其中，为确保判别的合理性与可靠性，上述预设阈值可以基于实验数据确定，测量不同运行工况下电机未发生电线时的最大磁链偏差值，以及电机存在断线时的最小磁链偏差值，进而以此最大磁链偏差值为下限，最小磁链偏差值为上限的取值范围内确定预设阈值的具体数值，即δ₁＜δ_th＜δ₂，其中，δ_th即为上述预设阈值，δ₁为最小磁链偏差值δ₂最大磁链偏差值。

综上所述，本发明所提供的电机断线的检测方法，以变流器的输出电压、输出电流以及转速作为判断电机是否断线的基础，获取变流器的输出电压、输出电流以及转速，进而根据上述参数分别通过电压模型与电流模型计算得到第一磁链与第二磁链，进一步判断第一磁链与第二磁链即可判断电机是否发生断线。该检测方法不仅适用于电机发生单相断线的情况，还适应于电机发生两相或三线断线的情况，突破了传统检测方式的局限，可有效检测电机是否断线，提高电机断线检测的可靠度，避免电机严重发热情况的发生，增加电机使用寿命。

本发明还提供了一种电机断线的检测系统，下文描述的该检测系统可以与上文描述的检测方法相互对应参照。请参考图2，图2为本发明实施例所提供的电机断线的检测系统的示意图；通过图2可知，该检测系统包括：

获取模块11，用于获取变流器的输出电压、输出电流以及转速；

第一计算模块12，用于根据输出电压与输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链；

第二计算模块13，用于根据输出电流与转速，通过电流模型计算得到第二磁链；

判断模块14，用于判断第一磁链与第二磁链是否一致；若不一致，则电机发生断线。

在上述实施例的基础上，可选的，判断模块14包括：

计算单元，用于通过

计算第一磁链与第二磁链的磁链偏差值；

比较单元，用于比较磁链偏差值与预设阈值的大小；若磁链偏差值大于预设阈值，则第一磁链与第二磁链不一致；

其中，δ为磁链偏差值，ψ_u为第一磁链，ψ_i为第二磁链。

本发明还提供了一种电机断线的检测装置，请参考图3，图3为本发明实施例所提供的电机断线的检测装置的示意图；由图3可知，该检测装置包括存储器10和处理器20。其中，存储器10，用于存储计算机程序；处理器20，用于执行计算机程序时实现如下步骤：

获取变流器的输出电压、输出电流以及转速；根据输出电压与输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链；根据输出电流与转速，通过电流模型计算得到第二磁链；判断第一磁链与第二磁链是否一致；若不一致，则电机发生断线。

对于本发明所提供的检测装置的介绍请参照上述检测方法的实施例，本发明在此不做赘述。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下的步骤：

获取变流器的输出电压、输出电流以及转速；根据输出电压与输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链；根据输出电流与转速，通过电流模型计算得到第二磁链；判断第一磁链与第二磁链是否一致；若不一致，则电机发生断线。

该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对于本发明所提供的计算机可读存储介质的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不做赘述。

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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备以及计算机可读存储介质而言，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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦写可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的电机断线的检测方法、系统、装置以及计算机可读存储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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种电机断线的检测方法，应用于架控或车控，其特征在于，包括：

获取变流器的输出电压、输出电流以及转速；

根据所述输出电压与所述输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链；

根据所述输出电流与所述转速，通过电流模型计算得到第二磁链；

判断所述第一磁链与所述第二磁链是否一致；若不一致，则电机发生断线；

所述根据所述输出电压及所述输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链，包括：

将所述输出电压与所述输出电流变换至静止α-β坐标系上分别得到两相输出电压与两相输出电流；

根据所述两相输出电压与所述两相输出电流，通过

计算得到所述第一磁链；

其中，所述ψ_rα与所述ψ_rβ为中间变量，所述ψ_u为所述第一磁链，所述L_r为转子电感，所述L_m为励磁电感，所述R_s为定子电阻，所述L_s为定子电感，所述σ为漏磁系数，且

所述u_sα与所述u_sβ分别为所述两相输出电压的两相，所述i_sα与所述i_sβ分别为所述两相输出电流的两相；

所述根据所述输出电流与所述转速，通过电流模型计算得到第二磁链，包括：

根据所述两相输出电流与所述转速，通过

计算得到所述第二磁链；

其中，所述ψ′_rα与所述ψ′_rβ为中间变量，所述ψ_i为所述第二磁链，所述T_r为转子时间常数，且T_r＝L_r/R_r，所述R_r为转子电阻，所述s为拉普拉斯算子，所述ω_n为所述转速；

或者，所述根据所述输出电流及所述转速，通过电流模型计算得到第二磁链，包括：

将所述输出电流变换至M-T坐标系上得到两相输出电流；

根据所述两相输出电流与所述转速，通过

θ＝∫ω₁dt

计算得到所述第二磁链；

其中，所述ψ_i为所述第二磁链，所述T_r为转子时间常数，且T_r＝L_r/R_r，所述L_r为转子电感，所述R_r为转子电阻，所述L_m为励磁电感，所述ω_n为所述转速，所述i_sm励磁电流分量，所述i_st为转矩电流分量，所述i_sα与所述i_sβ分别为所述两相输出电流的两相，所述ω₁与所述θ为中间变量。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述判断所述第一磁链与所述第二磁链是否一致，包括：

通过

计算所述第一磁链与所述第二磁链的磁链偏差值；

比较所述磁链偏差值与预设阈值的大小；

若所述磁链偏差值大于所述预设阈值，则所述第一磁链与所述第二磁链不一致；

其中，所述δ为所述磁链偏差值，所述ψ_u为所述第一磁链，所述ψ_i为所述第二磁链。

3.一种电机断线的检测系统，应用于架控或车控，其特征在于，用于实现如权利要求1所述的检测方法，包括：

获取模块，用于获取变流器的输出电压、输出电流以及转速；

第一计算模块，用于根据所述输出电压与所述输出电流，通过电压模型计算得到第一磁链；

第二计算模块，用于根据所述输出电流与所述转速，通过电流模型计算得到第二磁链；

判断模块，用于判断所述第一磁链与所述第二磁链是否一致；若不一致，则电机发生断线。

4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述判断模块包括：

计算单元，用于通过

计算所述第一磁链与所述第二磁链的磁链偏差值；

比较单元，用于比较所述磁链偏差值与预设阈值的大小；若所述磁链偏差值大于所述预设阈值，则所述第一磁链与所述第二磁链不一致；

其中，所述δ为所述磁链偏差值，所述ψ_u为所述第一磁链，所述ψ_i为所述第二磁链。

5.一种电机断线的检测装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1或2所述的电机断线的检测方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的电机断线的检测方法的步骤。

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