CN112415389B - 一种用于测量感应电机定子故障的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于测量感应电机定子故障的方法，涉及电机故障诊断技术领域，所述方法包括：在感应电机静止的情况下，分别以电机不同相绕组作为通路，逆变器给定激励侧不同相单相激励驱动电压进行单相激励测试，在不同激励阶段下，电流传感器分别采集各阶段驱动器三相电流的稳态电流数值，将电流数值通过数据线传送到控制器，在控制芯片上根据采集各阶段驱动器三相稳态电流数值进行特征矢量计算，计算得到各阶段特征矢量，根据计算得到的特征矢量，进行故障指标计算，根据设定的阈值，判定故障指标是否超出阈值，即出现匝间短路故障，实现了能够确定造成感应电机以及功率型电机定子匝间短路的故障相，操作简便，具备良好的抗干扰能力。

Description

一种用于测量感应电机定子故障的方法及系统

技术领域

本专利属于电机故障诊断技术领域，特别涉及一种用于测量感应电机定子故障的方法及系统，属于测量、测试的技术领域。

背景技术

近年来，交流电机的应用范围不断扩大，不但在工业风机、水泵等传统领域发挥重要作用，而且在电力设备、工业自动化、电气牵引领域的作用得到工程认可。其中，调速感应电机(speed-adjustable induction machine)具有方便控制、集成度高、可靠性好等优势，成为交流传动行业的研究热点。

感应电机定子绕组是安装在定子上的绕组，绕组是由多个线圈或线圈组构成一相或整个电磁电路。匝间短路故障是定子端部绕组的同相线圈之间由于电磁倍频振动，导致线圈绝缘磨损损伤，由于短路线匝内产生环流，使线圈迅速发热，进一步损坏邻近导线的绝缘，使短路的匝数增多、故障扩大。

实际工况下，运行中的感应电机通常处于强振动、高湿度甚至极端温度等恶劣工况，定子绕组长期处于多种应力的作用下，易引发局部过热、性能退化，致使绕组匝间出现短路故障。伴随故障的恶化电机绕组完全损毁，会对人身安全、财产安全造成严重危害。针对上述问题，有必要开发针对感应电机系统的状态监测方案，发明一种用于测量感应电机定子故障的方法及系统。

发明内容

现有的各类感应电机定子故障监测方案主要是针对于稳态运行与似稳态运行工况研发的。具体而言，在常见的应用场合中，鼓风机、抽水泵等电机通常运行于稳态，可以使用Park矢量法、负序阻抗法等监测方案；电动汽车的驱动电机运行于启动、停止状态及近似稳态，可以综合小波变换、短时傅里叶分析等时频方法。但是，在包括电力装备电机操动机构、弹簧装置电机储能机构等在内的应用场景下，调速电机通常处于短时非稳态、变负载的工作状态，并不满足传统方案的实现条件。

基于逆变器自身特点的高频注入法，最早被应用于电机的参数辨识，近年来被引入交流电机定子故障诊断研究。此类方法能够免受电机运行状态制约的问题，而且可以在静止的间隙时间开展检测。但是，对于一些功率型电机系统，其驱动电流高、电压激励强，并且处于低载波比驱动状态，因而实际上并不具备高频注入的条件。

本发明针对现有技术的不足，提供了一种用于测量感应电机定子故障的方法，在感应电机静止的情况下，将感应电机定子A相绕组作为通路，在感应电机定子B相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器连接在感应电机三相上，逆变器给定激励侧A相单相激励驱动电压；

电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c，将电流数值通过数据线传送到控制器；

在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₁；

将感应电机定子B相绕组作为通路，在感应电机定子A相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器给定激励侧B相单相激励驱动电压；

电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c，将电流数值通过数据线传送到控制器；

在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₂；

将感应电机定子C相绕组作为通路，在感应电机定子A相和B相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器连接在感应电机三相上，逆变器给定激励侧C相单相激励驱动电压；

电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c，将电流数值通过数据线传送到控制器；

在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₃；

根据计算得到的特征矢量v ₁、v ₂、v ₃，进行故障指标计算，得到故障指标η，与设定的阈值η_th进行比较，确定造成感应电机定子匝间短路的故障相，输出诊断结果。

感应电机定子是由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成，定子绕组是安装在定子上的绕组，绕组是由多个线圈或线圈组构成一相或整个电磁电路。

所述故障指标能够有效表征电机定子匝间短路的故障状态。

在同批次出厂测试过程中依据测试结果综合得到设定的阈值η_th。

为感应电机定子两相绕组施加给定相同电压，保持原有的三相接线。

测量定子故障时选择阶跃方波作为激励。

根据本发明的另一面，提供一种用于测量感应电机定子故障的系统，其特征在于，所述系统包括：

感应电机，在感应电机静止的情况下，将感应电机定子A相绕组作为通路，在感应电机定子B相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器连接在感应电机三相上，逆变器给定激励侧A相单相激励驱动电压；将感应电机定子B相绕组作为通路，在感应电机定子A相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器给定激励侧B相单相激励驱动电压；将感应电机定子C相绕组作为通路，在感应电机定子A相和B相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，逆变器给定激励侧C相单相激励驱动电压；

逆变器，连接在电机三相上，给定激励侧A相单相激励驱动电压；电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c；给定激励侧B相单相激励驱动电压；电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c；给定激励侧C相单相激励驱动电压；电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c；

电流传感器，采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c，将电流数值通过数据线传送到控制器里；采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c，将电流数值通过数据线传送到控制器里；采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c，将电流数值通过数据线传送到控制器里；

控制器，在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₁；在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₂；在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₃；根据计算得到的特征矢量v ₁、v ₂、v ₃，进行故障指标计算，得到故障指标η，与设定的阈值η_th进行比较，确定造成匝间短路的故障相，输出诊断结果。

感应电机定子是由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成，定子绕组是安装在定子上的绕组，绕组是由多个线圈或线圈组构成一相或整个电磁电路。

所述故障指标能够有效表征电机定子匝间短路的故障状态。

在同批次出厂测试过程中依据测试结果综合得到设定的阈值η_th。

为感应电机定子两相绕组施加给定相同电压，保持原有的三相接线。

测量定子故障时选择阶跃方波作为激励。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

1)分阶段单相阶跃激励模块

分别以电机不同相绕组作为通路，进行单相激励测试。选定单相激励电压u，v_a、v_b、v_c分别为驱动器输出相电压。

阶段1：在激励侧给定方波阶跃驱动电压v_a＝u，v_b＝-u/2，v_c＝-u/2，此时等效施加以电机A相绕组为通路的单相阶跃激励测试。

阶段2：在激励侧给定方波阶跃驱动电压v_a＝-u/2，v_b＝u，v_c＝-u/2，此时等效施加以电机B相绕组为通路的单相阶跃激励测试。

阶段3：在激励侧给定方波阶跃驱动电压v_a＝-u/2，v_b＝-u/2，v_c＝u，此时等效施加以电机C相绕组为通路的单相阶跃激励测试。

2)分阶段稳态响应采集模块

在不同激励阶段下，分别采集各阶段驱动器三相电流的稳态响应波形。

阶段1：采集此过程驱动侧三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c，下标对应电机A相绕组为通路时驱动侧a、b、c三相数据。

阶段2：采集此过程驱动侧三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c，下标对应电机B相绕组为通路时驱动侧a、b、c三相数据。

阶段3：采集此过程驱动侧三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c，下标对应电机C相绕组为通路时驱动侧a、b、c三相数据。

3)特征矢量计算模块

综合利用上述各阶段阶跃测试信息，构建如下形式的复数特征矢量v ₁、v ₂、v ₃：

其中，i_1a、i_1b、i_1c为阶段1驱动侧三相稳态电流数值，i_2a、i_2b、i_2c为阶段2驱动侧三相稳态电流数值，i_3a、i_3b、i_3c为阶段3驱动侧三相稳态电流数值，v ₁、v ₂、v ₃为特征矢量，a＝exp[j2π/3]表示复数算子，j为虚部单位，exp表示以自然常数e为底的指数函数，下划线表示复数量。

4)故障指标计算模块

定义如下故障指标η计算表达式：

其中，△v ₁表示v ₁相对于初始状态的变化量，定义v ₁₀表示出厂测试得到的v ₁特征矢量，即△v ₁＝v ₁-v ₁₀；△v ₂表示v ₂相对于初始状态的变化量，定义v ₂₀表示出厂测试得到的v ₂特征矢量，即△v ₂＝v ₂-v ₂₀；△v ₃表示v ₃相对于初始状态的变化量，定义v ₃₀表示出厂测试得到的v ₃特征矢量，即△v ₃＝v ₃-v ₃₀；下划线表示复数量，imag表示取复数的虚部运算，abs表示取绝对值运算，min表示取最小值运算。

5)阈值比较模块

根据设定的阈值η_th，判定计算结果η是否超出阈值，即出现匝间短路故障。其中阈值η_th可以在同批次出厂测试过程中依据测试结果综合得到。

当计算结果η>η_th，并且满足条件：

min[abs[imag[Δv ₁,Δv ₂,Δv ₃]]]＝abs[imag[Δv ₁]] (3)

即认为电机A相绕组出现匝间短路故障。

当计算结果η>η_th，并且满足条件：

min[abs[imag[Δv ₁,Δv ₂,Δv ₃]]]＝abs[imag[Δv ₂]] (4)

即认为电机B相绕组出现匝间短路故障。

当计算结果η>η_th，并且满足条件：

min[abs[imag[Δv ₁,Δv ₂,Δv ₃]]]＝abs[imag[Δv ₃]] (5)

即认为电机C相绕组出现匝间短路故障。

技术效果

本发明测量定子故障时选择阶跃方波作为激励，从而极大降低了对系统硬件的需求，计算得到的故障指标能够有效表征电机定子匝间短路的故障状态，确定造成感应电机定子匝间短路的故障相，操作简便，具备良好的抗干扰能力。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为一种基于阶跃响应的感应电机匝间短路诊断方法及系统流程图；

图2为一种基于阶跃响应的感应电机匝间短路诊断方法及系统实物连接图；

图3为所述诊断方法及系统，正常及故障电机三相电流实验波形比较；

图4为所述诊断方法及系统，不同故障程度下的实验数据比较。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

感应电机定子绕组是安装在定子上的绕组，绕组是由多个线圈或线圈组构成一相或整个电磁电路。匝间短路故障是定子端部绕组的同相线圈之间由于电磁倍频振动，导致线圈绝缘磨损损伤，由于短路线匝内产生环流，使线圈迅速发热，进一步损坏邻近导线的绝缘，使短路的匝数增多、故障扩大。

实际工况下，运行中的感应电机通常处于强振动、高湿度甚至极端温度等恶劣工况，定子绕组长期处于多种应力的作用下，易引发局部过热、性能退化，致使绕组匝间出现短路故障。伴随故障的恶化电机绕组完全损毁，会对人身安全、财产安全造成严重危害。现有的各类感应电机定子故障监测方案主要是针对于稳态运行与似稳态运行工况研发的。具体而言，在常见的应用场合中，鼓风机、抽水泵等电机通常运行于稳态，可以使用Park矢量法、负序阻抗法等监测方案；电动汽车的驱动电机运行于启动、停止状态及近似稳态，可以综合小波变换、短时傅里叶分析等时频方法。但是，在包括电力装备电机操动机构、弹簧装置电机储能机构等在内的应用场景下，调速电机通常处于短时非稳态、变负载的工作状态，并不满足传统方案的实现条件。

基于逆变器自身特点的高频注入法，最早被应用于电机的参数辨识，近年来被引入交流电机定子故障诊断研究。此类方法能够免受电机运行状态制约的问题，而且可以在静止的间隙时间开展检测。但是，对于一些功率型电机系统，其驱动电流高、电压激励强，并且处于低载波比驱动状态，因而实际上并不具备高频注入的条件。

针对上述问题，有必要开发针对感应电机系统的状态监测方案，发明一种用于测量感应电机定子故障的方法及系统。

以YE2-802-4感应电机为研究对象，额定输出功率0.75kW，额定转速1390r/min，额定电压380V，额定电流2.03A，具体参数为定子电阻9.06Ω，转子电阻8.46Ω，励磁电感379mH，定子漏感23mH，转子漏感28mH，转子惯量0.002kg·m²。图1给出了一种基于阶跃响应的感应电机匝间短路诊断方法及系统流程图，图2给出了对应的实物连接图。

1)分阶段单相阶跃激励模块

分别以电机不同相绕组作为通路，进行单相激励测试。选定单相激励电压u＝15V，v_a、v_b、v_c分别为驱动器输出相电压。

阶段1：在激励侧给定方波阶跃驱动电压v_a＝u，v_b＝-u/2，v_c＝-u/2，此时等效施加以电机A相绕组为通路的单相阶跃激励测试。

阶段2：在激励侧给定方波阶跃驱动电压v_a＝-u/2，v_b＝u，v_c＝-u/2，此时等效施加以电机B相绕组为通路的单相阶跃激励测试。

阶段3：在激励侧给定方波阶跃驱动电压v_a＝-u/2，v_b＝-u/2，v_c＝u，此时等效施加以电机C相绕组为通路的单相阶跃激励测试。

2)分阶段稳态响应采集模块

在不同激励阶段下，分别采集各阶段驱动器三相电流的稳态响应波形。

阶段1，采集此过程驱动侧三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c，下标对应电机A相绕组为通路时驱动侧a、b、c三相数据。

阶段2，采集此过程驱动侧三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c，下标对应电机B相绕组为通路时驱动侧a、b、c三相数据。

阶段3，采集此过程驱动侧三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c，下标对应电机C相绕组为通路时驱动侧a、b、c三相数据。

具体试验测试得到的电流波形如图3所示，正常状态电机对应电流波形如“正常状态”子图所示，故障状态电机对应电流波形如“匝间短路”子图所示。其中匝间短路状态指电机A相存在比例约为28％的匝间短路，且短路电阻为1Ω。

根据数学推导，可以得到A相存在匝间短路故障时，各阶段稳态电流的理论值：

阶段1，电机A相绕组为通路，此时驱动侧三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c分别为：

其中，I_1m表示故障相作为通路情况下的定子电流稳态激励，I_F表示故障电流稳态激励，k_F为等效短路系数。

阶段2，电机B相绕组为通路，此时驱动侧三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c分别为：

其中，I_3m表示非故障相作为通路情况下的定子电流稳态激励，I_1b表示故障相作为支路情况下的定子电流稳态激励，I_2b表示非故障相作为支路情况下的定子电流稳态激励，I_F表示故障电流稳态激励，k_F为等效短路系数。

阶段3，电机C相绕组为通路，此时驱动侧三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c分别为：

其中，I_3m表示非故障相作为通路情况下的定子电流稳态激励，I_1b表示故障相作为支路情况下的定子电流稳态激励，I_2b表示非故障相作为支路情况下的定子电流稳态激励，I_F表示故障电流稳态激励，k_F为等效短路系数。

3)特征矢量计算模块

综合利用上述各阶段阶跃测试信息，构建如下形式的复数特征矢量v ₁、v ₂、v ₃：

其中，i_1a、i_1b、i_1c为阶段1驱动侧三相稳态电流数值，i_2a、i_2b、i_2c为阶段2驱动侧三相稳态电流数值，i_3a、i_3b、i_3c为阶段3驱动侧三相稳态电流数值，v ₁、v ₂、v ₃为特征矢量，a＝exp[j2π/3]表示复数算子，j为虚部单位，exp表示以自然常数e为底的指数函数，下划线表示复数量。

考虑故障发生于电机A相的情况，可以得到阶跃激励稳态响应情况下，特征矢量的解析表达式：

其中，I_1m表示故障相作为通路情况下的定子电流稳态激励，I_3m表示非故障相作为通路情况下的定子电流稳态激励，I_1b表示故障相作为支路情况下的定子电流稳态激励，I_2b表示非故障相作为支路情况下的定子电流稳态激励，I_F表示故障电流稳态激励，k_F为等效短路系数，j表示虚部单位。

4)故障指标计算模块

定义如下故障指标η计算表达式：

其中，△v ₁表示v ₁相对于初始状态的变化量，定义v ₁₀表示出厂测试得到的v ₁特征矢量，即△v ₁＝v ₁-v ₁₀；△v ₂表示v ₂相对于初始状态的变化量，定义v ₂₀表示出厂测试得到的v ₂特征矢量，即△v ₂＝v ₂-v ₂₀；△v ₃表示v ₃相对于初始状态的变化量，定义v ₃₀表示出厂测试得到的v ₃特征矢量，即△v ₃＝v ₃-v ₃₀；下划线表示复数量，imag表示取复数的虚部运算，abs表示取绝对值运算，min表示取最小值运算。

此时，认为出厂阶段满足理想条件v ₁₀＝0、v ₂₀＝0、v ₃₀＝0，从而有

因此，计算故障指标理论值为：

通过串接F1:20Ω、F2:10Ω、F3:5Ω、F4:2Ω以及F5:1Ω的短路模拟电阻，可以实现故障程度的改变，实验计算得到的数据如图4所示。

5)阈值比较模块

根据设定的阈值η_th，判定计算结果η是否超出阈值，即出现匝间短路故障。其中阈值η_th可以在同批次出厂测试过程中依据测试结果综合得到。

本实施例中计算结果η>η_th，并且满足条件：

min[abs[imag[Δv ₁,Δv ₂,Δv ₃]]]＝abs[imag[Δv ₁]]

即认为电机A相绕组出现匝间短路故障，与给定故障相符。

提供了一种用于测量感应电机定子故障的方法，在感应电机静止的情况下，将感应电机定子A相绕组作为通路，在感应电机定子B相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器连接在感应电机三相上，逆变器给定激励侧A相单相激励驱动电压；

电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c，将电流数值通过数据线传送到控制器；

在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₁；

将感应电机定子B相绕组作为通路，在感应电机定子A相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器给定激励侧B相单相激励驱动电压；

电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c，将电流数值通过数据线传送到控制器；

在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₂；

将感应电机定子C相绕组作为通路，在感应电机定子A相和B相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器连接在感应电机三相上，逆变器给定激励侧C相单相激励驱动电压；

电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c，将电流数值通过数据线传送到控制器；

在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₃；

根据计算得到的特征矢量v ₁、v ₂、v ₃，进行故障指标计算，得到故障指标η，与设定的阈值η_th进行比较，确定造成感应电机定子匝间短路的故障相，输出诊断结果。

感应电机定子是由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成，定子绕组是安装在定子上的绕组，绕组是由多个线圈或线圈组构成一相或整个电磁电路。

所述故障指标能够有效表征电机定子匝间短路的故障状态。

在同批次出厂测试过程中依据测试结果综合得到设定的阈值η_th。

为感应电机定子两相绕组施加给定相同电压，保持原有的三相接线。

测量定子故障时选择阶跃方波作为激励。

根据本发明的另一面，提供一种用于测量感应电机定子故障的系统，其特征在于，所述系统包括：

感应电机，在感应电机静止的情况下，将感应电机定子A相绕组作为通路，在感应电机定子B相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器连接在感应电机三相上，逆变器给定激励侧A相单相激励驱动电压；将感应电机定子B相绕组作为通路，在感应电机定子A相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器给定激励侧B相单相激励驱动电压；将感应电机定子C相绕组作为通路，在感应电机定子A相和B相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，逆变器给定激励侧C相单相激励驱动电压；

逆变器，连接在电机三相上，给定激励侧A相单相激励驱动电压；电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c；给定激励侧B相单相激励驱动电压；电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c；给定激励侧C相单相激励驱动电压；电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c；

电流传感器，采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c，将电流数值通过数据线传送到控制器里；采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c，将电流数值通过数据线传送到控制器里；采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c，将电流数值通过数据线传送到控制器里；

控制器，在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₁；在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₂；在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₃；根据计算得到的特征矢量v ₁、v ₂、v ₃，进行故障指标计算，得到故障指标η，与设定的阈值η_th进行比较，确定造成匝间短路的故障相，输出诊断结果。

感应电机定子是由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成，定子绕组是安装在定子上的绕组，绕组是由多个线圈或线圈组构成一相或整个电磁电路。

所述故障指标能够有效表征电机定子匝间短路的故障状态。

在同批次出厂测试过程中依据测试结果综合得到设定的阈值η_th。

为感应电机定子两相绕组施加给定相同电压，保持原有的三相接线。

测量定子故障时选择阶跃方波作为激励。

本发明测量定子故障时选择阶跃方波作为激励，从而极大降低了对系统硬件的需求，可以根据计算得到的故障指标能够有效表征电机定子匝间短路的故障状态，可以确定造成感应电机以及功率型电机定子匝间短路的故障相，操作简便，具备良好的抗干扰能力。

Claims (10)

1.一种用于测量感应电机定子故障的方法，其特征在于，所述方法包括：

在感应电机静止的情况下，将感应电机定子A相绕组作为通路，在感应电机定子B相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器连接在感应电机三相上，逆变器给定激励侧A相单相激励驱动电压；

电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c，将电流数值通过数据线传送到控制器；

在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₁；

将感应电机定子B相绕组作为通路，在感应电机定子A相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器给定激励侧B相单相激励驱动电压；

电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c，将电流数值通过数据线传送到控制器；

在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₂；

将感应电机定子C相绕组作为通路，在感应电机定子A相和B相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器给定激励侧C相单相激励驱动电压；

电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c，将电流数值通过数据线传送到控制器；

在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₃；

根据计算得到的特征矢量v ₁、v ₂、v ₃，进行故障指标计算，得到故障指标η，与设定的阈值η_th进行比较，确定造成感应电机定子匝间短路的故障相，输出诊断结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，感应电机定子是由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成，定子绕组是安装在定子上的绕组，绕组是由多个线圈或线圈组构成一相或整个电磁电路。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障指标能够有效表征电机定子匝间短路的故障状态。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在同批次出厂测试过程中依据测试结果综合得到设定的阈值η_th。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为感应电机定子两相绕组施加给定相同电压，保持原有的三相接线。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量定子故障时选择阶跃方波作为激励。

7.一种用于测量感应电机定子故障的系统，其特征在于，所述系统包括：

感应电机，在感应电机静止的情况下，将感应电机定子A相绕组作为通路，在感应电机定子B相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器连接在感应电机三相上，逆变器给定激励侧A相单相激励驱动电压；将感应电机定子B相绕组作为通路，在感应电机定子A相和C相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，此时逆变器给定激励侧B相单相激励驱动电压；将感应电机定子C相绕组作为通路，在感应电机定子A相和B相绕组施加给定相同的电压，构成等效短接状态，逆变器给定激励侧C相单相激励驱动电压；

逆变器，连接在电机三相上，给定激励侧A相单相激励驱动电压；电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c；给定激励侧B相单相激励驱动电压；电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c；给定激励侧C相单相激励驱动电压；电流传感器采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c；

电流传感器，采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c，将电流数值通过数据线传送到控制器里；采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c，将电流数值通过数据线传送到控制器里；采集逆变器驱动侧的三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c，将电流数值通过数据线传送到控制器里；

控制器，在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_1a、i_1b、i_1c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₁；在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_2a、i_2b、i_2c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₂；在控制芯片上根据三相稳态电流数值i_3a、i_3b、i_3c进行特征矢量计算，计算得到特征矢量v ₃；根据计算得到的特征矢量v ₁、v ₂、v ₃，进行故障指标计算，得到故障指标η，与设定的阈值η_th进行比较，确定造成匝间短路的故障相，输出诊断结果。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，感应电机定子是由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成，定子绕组是安装在定子上的绕组，绕组是由多个线圈或线圈组构成一相或整个电磁电路。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述故障指标能够有效表征电机定子匝间短路的故障状态。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在同批次出厂测试过程中依据测试结果综合得到设定的阈值η_th。