CN112737470A - 一种三相电机的缺相诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三相交流电机的缺相故障诊断技术，尤其涉及一种三相电机的缺相诊断方法及装置，以及一种计算机可读介质。上述三相电机的缺相诊断方法可以用于诊断逆变器所驱动的N台电机的缺相状态，其中N大于等于1。所述缺相诊断方法可以包括步骤：获取所述N台电机静止时在各相电压下的两相输出电流的实测值；以各连接状态的电机数目为未知量，基于所获取的各相电压下的所述两相输出电流的实测值，以及各连接状态下的单台电机静止时在各相电压下的所述两相输出电流的理论值建立所述N台电机的缺相状态方程；以及求解所述缺相状态方程以获得每个连接状态的电机的数目。本发明能够降低三相交流电机缺相故障所造成的损害，并提升机车运行的可靠性。

Description

一种三相电机的缺相诊断方法及装置

技术领域

本发明涉及三相交流电机的缺相故障诊断技术，尤其涉及一种三相电机的缺相诊断方法、一种三相电机的缺相诊断装置，以及一种计算机可读介质。

背景技术

三相异步电机(Triple-phase asynchronous motor)是感应电动机的一种，由同时接入的三相交流电流(相位差120度)供电。三相异步电动机中转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，从而实现电能和机械能之间的能量变换。相比于单相异步电动机，三相异步电动机具有运行性能好、生产成本低的优势。

当三相交流电机发生严重的缺相故障时，电机将不能正常起动，定子绕组的启动电流也会远大于其额定电流。此时，定子绕组的发热量会远高于正常温升，导致电机的实际温升速度超过其允许温升，从而使三相交流电机过热烧毁。

装载三相交流电机的电力机车目前被广泛应用于各种交通领域和货物运输。在上述电力机车中，由于机车转向架结构不同，同一转向架可以同时放置多台三相交流电机。在多数应用场合中，该多台三相交流电机可以由同一台牵引逆变器驱动。

由于轨道交通领域应用的三相交流电机具有工作时间长、启停工况多的特点，一旦任意一台电机发生缺相运行的故障，都将会造成很大的危害。因此，在使用牵引逆变器驱动单台或多台并联的三相交流电机前，需要采用一种三相交流电机的缺相故障诊断技术对车辆各电机的状态进行检测，用于起到未启动先保护的作用，从而降低三相交流电机的缺相故障所造成的损害，并提升机车运行的可靠性。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了满足三相交流电机于轨道交通领域应用的实际需求，本发明提供了一种三相电机的缺相诊断方法、一种三相电机的缺相诊断装置，以及一种计算机可读介质，用于起到未启动先保护的作用，从而降低三相交流电机的缺相故障所造成的损害，并提升机车运行的可靠性。

本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法，可以用于诊断逆变器所驱动的N台电机的缺相状态，其中N大于等于1。所述缺相诊断方法可以包括步骤：获取所述N台电机静止时在各相电压下的两相输出电流的实测值；以各连接状态的电机数目为未知量，基于所获取的各相电压下的所述两相输出电流的实测值，以及各连接状态下的单台电机静止时在各相电压下的所述两相输出电流的理论值建立所述N台电机的缺相状态方程；以及求解所述缺相状态方程以获得每个连接状态的电机的数目。

优选地，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法中，建立所述缺相状态方程的步骤可以进一步包括步骤：获取缺相状态分布矩阵，所述缺相状态分布矩阵的行数大于等于所述连接状态的数目，每行矩阵元素对应各连接状态下的单台电机静止时在所述三相电压中的每相电压下的所述两相输出电流中的一相输出电流的理论值，所述缺相状态分布矩阵的列数等于所述连接状态的数目；基于各连接状态的电机数目的未知量构成乘数列向量；基于所获取的各相电压下的所述两相输出电流的实测值构成结果列向量；以及令所述缺相状态分布矩阵乘以所述乘数列向量等于所述结果列向量，从而获得所述缺相状态方程。

优选地，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法中，所述连接状态至少可以包括U-V-W状态、U-V状态、U-W状态、以及V-W状态。

优选地，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法中，所述连接状态还可以包括无电流状态，所述无电流状态指示单相连接和无线路连接，其中，所述缺相状态分布矩阵还包括元素为1的行。

优选地，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法中，所述两相输出电流可以包括各相电压下的a相电流和b相电流，所述缺相状态方程可以为：

其中，x₁、x₂、x₃、x₄、x₅为连接状态分别为U-V-W状态、U-V状态、U-W状态、V-W状态以及无电流状态的电机的数目，i_ua、i_ub、i_va、i_vb、i_wa和i_wb分别为所述N台电机在U相电压下的a相输出电流、U相电压下的b相输出电流、V相电压下的a相输出电流、V相电压下的b相输出电流、W相电压下的a相输出电流和W相电压下的b相输出电流，U_d为中间电压，R_s为定子绕组电阻。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种三相电机的缺相诊断装置。

本发明提供的上述三相电机的缺相诊断装置，可以用于诊断逆变器所驱动的N台电机的缺相状态，其中N大于等于1。所述缺相诊断装置可以包括：存储器；以及处理器。所述处理器可以耦接至所述存储器，且配置用于：获取所述N台电机静止时在各相电压下的两相输出电流的实测值；以各连接状态的电机数目为未知量，基于所获取的各相电压下的所述两相输出电流的实测值，以及各连接状态下的单台电机静止时在各相电压下的所述两相输出电流的理论值建立所述N台电机的缺相状态方程；以及求解所述缺相状态方程以获得每个连接状态的电机的数目。

优选地，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断装置中，所述处理器可以进一步配置为：获取缺相状态分布矩阵，所述缺相状态分布矩阵的行数大于等于所述连接状态的数目，每行矩阵元素对应各连接状态下的单台电机静止时在所述三相电压中的每相电压下的所述两相输出电流中的一相输出电流的理论值，所述缺相状态分布矩阵的列数等于所述连接状态的数目；基于各连接状态的电机数目的未知量构成乘数列向量；基于所获取的各相电压下的所述两相输出电流的实测值构成结果列向量；以及令所述缺相状态分布矩阵乘以所述乘数列向量等于所述结果列向量，从而获得所述缺相状态方程。

优选地，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断装置中，所述连接状态至少可以包括U-V-W状态、U-V状态、U-W状态、以及V-W状态。

优选地，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断装置中，所述连接状态还可以包括无电流状态，所述无电流状态指示单相连接和无线路连接，其中，所述缺相状态分布矩阵还包括元素为1的行。

优选地，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断装置中，所述两相输出电流可以包括各相电压下的a相电流和b相电流，所述缺相状态方程可以为：

其中，x₁、x₂、x₃、x₄、x₅为连接状态分别为U-V-W状态、U-V状态、U-W状态、V-W状态以及无电流状态的电机的数目，i_ua、i_ub、i_va、i_vb、i_wa和i_wb分别为所述N台电机在U相电压下的a相输出电流、U相电压下的b相输出电流、V相电压下的a相输出电流、V相电压下的b相输出电流、W相电压下的a相输出电流和W相电压下的b相输出电流，U_d为中间电压，R_s为定子绕组电阻。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读介质。

本发明提供的上述计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令。所述计算机可执行指令在由处理器执行时，可以实施上述任意一种三相电机的缺相诊断方法。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本发明的一个实施例提供的逆变器驱动三相电机的电路示意图。

图2示出了根据本发明的一方面提供的三相电机的缺相诊断方法的流程示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例提供的三相电机的缺相诊断方法的方框示意图。

图4A示出了根据本发明的一个实施例提供的U-V-W连接状态的三相电机的等效电路图。

图4B示出了根据本发明的一个实施例提供的U-V连接状态的三相电机的等效电路图。

图4C示出了根据本发明的一个实施例提供的U-W连接状态的三相电机的等效电路图。

图4D示出了根据本发明的一个实施例提供的V-W连接状态的三相电机的等效电路图。

图5示出了根据本发明的另一方面提供的三相电机的缺相诊断装置的结构示意图。

附图标记

U、V、W、 输入相；

a、b、c 电流相；

U_d 中间电压；

i_a a相输出电流；

i_b b相输出电流；

i_c c相输出电流；

201-203 三相电机的缺相诊断方法的步骤；

30 电机缺相诊断装置；

31、32、33 电压电流检测模块；

R_s 定子绕组；

L_s 定子电感；

51 存储器；

52 处理器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了满足三相交流电机于轨道交通领域的实际应用需求，本发明提供了一种三相电机的缺相诊断方法、一种三相电机的缺相诊断装置，以及一种计算机可读介质，用于起到未启动先保护的作用，从而降低三相交流电机的缺相故障所造成的损害，并提升机车运行的可靠性。

本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法和缺相诊断装置，可以用于诊断逆变器所驱动的三相电机的缺相状态，尤其可以用于同时诊断逆变器所驱动的多台三相电机的缺相状态。上述三相电机的缺相状态可能是逆变器与三相电机的连接问题，可能是接头松动或断线问题，也有可能是三相电机出现相绕组断开的问题。

请参考图1，图1示出了根据本发明的一个实施例提供的逆变器驱动三相电机的电路示意图。

如图1所示，三相电机可以包括U相、V相、W相三个输入相。三相电机的缺相状态可以包括U相缺相、V相缺相、W相缺相的单相缺相状态，U-V缺相、U-W缺相、V-W缺相的双相缺相状态，以及U-V-W三相缺相的无线路连接状态。也就是说，三相电机共可以包括8种连接状态，除了U-V-W三相均连接正常的情况以外，其余7种连接状态都属于缺相状态。

由于在上述U-V缺相、U-W缺相、V-W缺相的双相缺相状态和上述U-V-W三相缺相的无线路连接状态下，逆变器与三相电机之间均无法构成电流回路，诊断装置检测到逆变输出的三相电流均为零。因此，可以将U-V缺相、U-W缺相、V-W缺相的单相连接状态，以及U-V-W三相缺相的无线路连接状态合并为同一类缺相状态，从而将三相电机的连接状态简化为1种正常连接状态、3种单相缺相状态，以及1种多相缺相状态，总计5种连接状态。

在实施本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法之前，逆变器可以先停止向其驱动的一台或多台三相电机提供三相交流电压，以使各三相电机静止。之后，逆变器可以向各三相电机的U相、V相、W相中的任意一个输入相提供短时的直流中间电压U_d，以产生相应的i_a、i_b、i_c逆变器三相输出电流，用于实施上述三相电机的缺相诊断方法。a相、b相、c相的三相输出电流i_a、i_b、i_c之和为零。

请结合参考图2和图3，图2示出了根据本发明的一方面提供的三相电机的缺相诊断方法的流程示意图。图3示出了根据本发明的一个实施例提供的三相电机的缺相诊断方法的方框示意图。

如图2所示，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法中，可以包括步骤：

101：获取多台电机静止时在各相电压下的两相输出电流的实测值。

在本发明的一个实施例中，逆变器可以先停止向其驱动的多台三相电机提供三相交流电压，以使各三相电机静止。之后，逆变器可以如图3所示地向各三相电机的U相提供直流的中间电压U_d，以获取相应的两相输出电流i_ua和i_ub；向各三相电机的V相提直流的中间电压U_d，以获取相应的两相输出电流i_va和i_vb；并向各三相电机的W相提供直流的中间电压U_d，以获取相应的两相输出电流i_wa和i_wb。

上述i_ua指示U相电压对应的a相输出电流实测值，可以在U相电压下利用设于a相支路的电压电流检测模块31测量采集。上述i_ub指示U相电压对应的b相输出电流实测值，可以在U相电压下利用设于b相支路的电压电流检测模块32测量采集。上述i_va指示V相电压对应的a相输出电流实测值，可以在V相电压下利用设于a相支路的电压电流检测模块31测量采集。上述i_vb指示V相电压对应的b相输出电流实测值，可以在V相电压下利用设于b相支路的电压电流检测模块32测量采集。上述i_wa指示W相电压对应的a相输出电流实测值，可以在W相电压下利用设于a相支路的电压电流检测模块31测量采集。上述i_wb指示W相电压对应的b相输出电流实测值，可以在W相电压下利用设于b相支路的电压电流检测模块32测量采集。

具体来说，当逆变器向各三相电机的U相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的U相可以等效为连接直流电源的电压正端，各三相电机的V相和W相可以等效为连接直流电源的电压负端，电压电流检测模块31-32可以测量采集逆变器的两相输出电流i_ua和i_ub。

相应地，当逆变器向各三相电机的V相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的V相可以等效为连接直流电源的电压正端，各三相电机的U相和W相可以等效为连接直流电源的电压负端，电压电流检测模块31-32可以测量采集逆变器的两相输出电流i_va和i_vb。

相应地，当逆变器向各三相电机的W相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的W相可以等效为连接直流电源的电压正端，各三相电机的U相和V相可以等效为连接直流电源的电压负端，电压电流检测模块31-32可以测量采集逆变器的两相输出电流i_wa和i_wb。

本领域的技术人员可以理解，上述仅测量采集U、V、W各相输入电压下的a相电流和b相电流的方案只是本发明提供的一个优选方案，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。由于a相、b相、c相三相输出电流i_a、i_b、i_c之和为零，可以通过测量采集获得的两相输出电流i_a、i_b来计算未测量采集的另一相输出电流i_c。

可选地，在其他实施例中，基于本发明的构思，在实施本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法时，也可以采集U、V、W各相输入电压下的a相电流和c相电流，或U、V、W各相输入电压下的b相电流和c相电流来建立多台三相电机的缺相状态方程。

如图2所示，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法中，还可以包括步骤：

102：以各连接状态的电机数目为未知量，基于所获取的各相电压下的两相输出电流的实测值，以及各连接状态下的单台电机静止时在各相电压下的两相输出电流的理论值，建立多台电机的缺相状态方程。

如上所述，三相电机可以包括U相、V相、W相三个输入相。每个输入相的支路中可以包括定子绕组R_s、定子电感为L_s，以及电机各相的漏感和互感。通过采用直流的中间电压U_d来诊断三相电机的缺相故障，可以在建立电路拓扑的基尔霍夫方程时短路电机各相的定子电感L_s、漏感和互感，从而仅根据中间电压U_d和定子绕组的电阻值R_s来计算单台三相电机在U、V、W各相电压下的两相输出电流的理论值。优选地，由于此时三相电机各相的定子电感L_s、漏感和互感都被短路，可以进一步采用短时的直流电压来诊断三相电机的缺相故障，从而避免定子绕组R_s过流损坏。

请参考图4A-4D，图4A示出了根据本发明的一个实施例提供的U-V-W连接状态的三相电机的等效电路图。图4B示出了根据本发明的一个实施例提供的U-V连接状态的三相电机的等效电路图。图4C示出了根据本发明的一个实施例提供的U-W连接状态的三相电机的等效电路图。图4D示出了根据本发明的一个实施例提供的V-W连接状态的三相电机的等效电路图。

如图4A所示，在U-V-W三相均连接正常的状态下，各连接正常的三相电机的电路拓扑可以包括U、V、W三条支路。每条支路包括一个定子绕组R_s。

当逆变器向各三相电机的U相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的U相可以等效连接直流电源的电压正端，各三相电机的V相和W相可以等效连接直流电源的电压负端。逆变器在U相电压下的三相输出电流的理论值可以为

当逆变器向各三相电机的V相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的V相可以等效连接直流电源的电压正端，各三相电机的U相和W相可以等效连接直流电源的电压负端。逆变器在V相电压下的三相输出电流的理论值可以为

当逆变器向各三相电机的W相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的W相可以等效连接直流电源的电压正端，各三相电机的U相和V相可以等效连接直流电源的电压负端。逆变器在W相电压下的三相输出电流的理论值可以为

如图4B所示，在W相缺相的U-V连接状态下，各W相缺相的三相电机的电路拓扑可以只包括U、V两条支路。每条支路包括一个定子绕组R_s。

当逆变器向各三相电机的U相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的U相可以等效连接直流电源的电压正端，各三相电机的V相可以等效连接直流电源的电压负端。逆变器在U相电压下的三相输出电流的理论值可以为

当逆变器向各三相电机的V相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的V相可以等效连接直流电源的电压正端，各三相电机的U相可以等效连接直流电源的电压负端。逆变器在V相电压下的三相输出电流的理论值可以为

当逆变器向各三相电机的W相提供短时的中间电压U_d时，由于各三相电机的W相缺相，逆变器在W相电压下的三相输出电流的理论值都为零，即i_Wa＝i_Wb＝i_Wc＝0。

如图4C所示，在V相缺相的U-W连接状态下，各V相缺相的三相电机的电路拓扑可以只包括U、W两条支路。每条支路包括一个定子绕组R_s。

当逆变器向各三相电机的U相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的U相可以等效连接直流电源的电压正端，各三相电机的W相可以等效连接直流电源的电压负端。逆变器在U相电压下的三相输出电流的理论值可以为

当逆变器向各三相电机的V相提供短时的中间电压U_d时，由于各三相电机的V相缺相，逆变器在V相电压下的三相输出电流的理论值都为零，即i_Va＝i_Vb＝i_Vc＝0。

当逆变器向各三相电机的W相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的W相可以等效连接直流电源的电压正端，各三相电机的U相可以等效连接直流电源的电压负端。逆变器在W相电压下的三相输出电流的理论值可以为

如图4D所示，在U相缺相的V-W连接状态下，各U相缺相的三相电机的电路拓扑可以只包括V、W两条支路。每条支路包括一个定子绕组R_s。

当逆变器向各三相电机的U相提供短时的中间电压U_d时，由于各三相电机的U相缺相，逆变器在U相电压下的三相输出电流的理论值都为零，即i_Ua＝i_Ub＝i_Uc＝0。

当逆变器向各三相电机的V相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的V相可以等效连接直流电源的电压正端，各三相电机的W相可以等效连接直流电源的电压负端。逆变器在V相电压下的三相输出电流的理论值可以为

当逆变器向各三相电机的W相提供短时的中间电压U_d时，各三相电机的W相可以等效连接直流电源的电压正端，各三相电机的U相可以等效连接直流电源的电压负端。逆变器在W相电压下的三相输出电流的理论值可以为

表1五种状态下电机台数

在获取各连接状态的单台电机在各相电压下的三相输出电流的理论值之后，可以如表1所示地将各连接状态的电机数目设为未知量x₁-x₅。表1中的无电流连接状态包括上述U-V缺相、U-W缺相、V-W缺相的双相缺相状态，以及U-V-W三相缺相的无线路连接状态。各连接状态的电机数目x₁-x₅满足x₁+x₂+x₃+x₄+x₅＝N，其中，N为逆变器驱动的多台电机的总数。

在一个实施例中，可以通过联列所有电机在U相电压下的a相输出电流方程

和b相输出电流方程

所有电机在V相电压下的a相输出电流方程

和b相输出电流方程

所有电机在W相电压下的a相输出电流方程

和b相输出电流方程

以及各连接状态的电机数目方程x₁+x₂+x₃+x₄+x₅＝N，以建立该多台电机的缺相状态方程。

具体来说，上述多台电机的缺相状态方程可以包括多台电机的缺相状态分布矩阵，由各连接状态的电机数目的未知量x₁-x₅构成的乘数列向量，以及由U、V、W各相输入电压下的a相电流的实测值i_ua、i_va、i_wa和b相电流的实测值i_ub、i_vb、i_wb构成的结果列向量。

上述多台电机的缺相状态分布矩阵可以由所有电机在U相电压下的a相输出电流方程和b相输出电流方程、所有电机在V相电压下的a相输出电流方程和b相输出电流方程、所有电机在W相电压下的a相输出电流方程和b相输出电流方程，以及各连接状态的电机数目方程的系数组成，具体为

上述缺相状态分布矩阵的列数可以等于各电机连接状态的数目，而缺相状态分布矩阵的行数可以大于各连接状态的数目。前六行矩阵元素可以对应各连接状态下，单台电机在U、V、W三相电压中的一相电压下的a相输出电流理论值或b相输出电流理论值。

通过将上述缺相状态分布矩阵和上述乘数列向量的乘积列于等号的一侧，并将上述结果列向量列于等号的另一侧，即可获得本实施例的缺相状态方程，

本领域的技术人员可以理解，上述包括七行矩阵元素的缺相状态分布矩阵只是本发明提供的一个实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

在另一个实施例中，基于本发明的构思，多台电机的缺相状态分布矩阵也可以不包括上述实施例中指示无电流状态的第五列和指示各连接状态的第七行，从而仅通过联列所有电机在U相电压下的a相输出电流方程

和b相输出电流方程

所有电机在V相电压下的a相输出电流方程

和b相输出电流方程

以及所有电机在W相电压下的a相输出电流方程

和b相输出电流方程

以建立该多台电机的缺相状态方程。

具体来说，上述多台电机的缺相状态方程可以包括多台电机的缺相状态分布矩阵，由各通路状态的电机数目的未知量x₁-x₄构成的乘数列向量，以及由U、V、W各相输入电压下的a相电流的实测值i_ua、i_va、i_wa和b相电流的实测值i_ub、i_vb、i_wb构成的结果列向量。

上述多台电机的缺相状态分布矩阵可以由所有电机在U相电压下的a相输出电流方程和b相输出电流方程、所有电机在V相电压下的a相输出电流方程和b相输出电流方程，以及所有电机在W相电压下的a相输出电流方程和b相输出电流方程组成，具体为

上述缺相状态分布矩阵的列数可以等于各通路状态的电机数目，而缺相状态分布矩阵的行数可以大于各通路状态的电机数目。六行矩阵元素可以对应各通路状态下，单台电机在U、V、W三相电压中的一相电压下的a相输出电流理论值或b相输出电流理论值。

通过将上述缺相状态分布矩阵和上述乘数列向量的乘积列于等号的一侧，并将上述结果列向量列于等号的另一侧，即可获得本实施例的缺相状态方程，

在求解上述多台电机的缺相状态方程以获取各通路状态的电机数目x₁-x₄后，即可根据公式x₁+x₂+x₃+x₄+x₅＝N求解无电流连接状态的电机数目x₅。

在其他实施例中，基于本发明的构思，还可以将各连接状态的电机总数N取值为1，从而建立相应的缺相状态方程以诊断单台电机缺相故障的分布情况。

本领域的技术人员还可以理解，上述采用a相输出电流和b相输出电流来建立缺相状态方程的方案只是本发明提供的一个实施例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

在另一个实施例中，基于本发明的构思，也可以采用a相输出电流和c相输出电流来建立相应的缺相状态方程，以用于诊断一台或多台电机缺相故障的分布情况。该相应的缺相状态方程可以具有不同于上述实施例的缺相状态分布矩阵和电流实测值。

在另一个实施例中，基于本发明的构思，也可以采用b相输出电流和c相输出电流来建立相应的缺相状态方程，用于诊断一台或多台电机缺相故障的分布情况。该相应的缺相状态方程可以具有不同于上述两个实施例的缺相状态分布矩阵和电流实测值。

在另一个实施例中，基于本发明的构思，还可以同时采用a相输出电流、b相输出电流和c相输出电流来建立冗余的缺相状态方程，用于诊断一台或多台电机缺相故障的分布情况。该冗余的缺相状态方程可以具有冗余的缺相状态分布矩阵和冗余的电流实测值。

如图2所示，在本发明提供的上述三相电机的缺相诊断方法中，还可以包括步骤：

103：求解缺相状态方程，以获得每个连接状态的电机的数目。

在上述多台电机的缺相状态方程中，R_s为三相电机各相的定子绕组，阻值已知；U_d为逆变器向三相电机提供的短时的直流电压，幅值已知；N为多台电机的总数，数量已知；i_ua、i_ub、i_va、i_vb、i_wa、i_wb为电压电流检测模块31-33测量采集到的实测电流值。

在获得多台电机的缺相状态方程之后，本领域的技术人员可以通过现有的线性代数方法对其进行求解。求解线性方程的方法是本领域的公知常识，在此不做赘述。

如图3所示，在一个实施例中，电压电流检测模块31-33可以将测量采集到的实测电流值i_ua、i_ub、i_va、i_vb、i_wa、i_wb发送到电机缺相诊断装置，从而由电机缺相诊断装置对获得的缺相状态方程自动求解。

响应于根据各实测电流值和理论电流值获得的缺相状态方程为

电机缺相诊断装置可以自动求解该缺相状态方程，以获得每个连接状态的电机的数目

也就是说，在本实施例中，逆变器共驱动两台三相电机，其中一台三相电机处于U-V-W三相均正常连接的状态，而另一台三相电机处于U相缺相的V-W连接状态。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种三相电机的缺相诊断装置。

请参考图5，图5示出了根据本发明的另一方面提供的三相电机的缺相诊断装置的结构示意图。

如图5所示，本发明提供的上述三相电机的缺相诊断装置，可以用于诊断逆变器所驱动的N台电机的缺相状态，其中N大于等于1。该缺相诊断装置可以包括存储器51及处理器52。处理器52可以耦接至存储器51，且配置用于实施上述任意一个实施例提供的三相电机的缺相诊断方法，用于起到未启动先保护的作用，从而降低三相交流电机的缺相故障所造成的损害，并提升机车运行的可靠性。

上述的实施例所述的处理器52可以通过软件来实施三相电机的缺相诊断方法。对于软件实施而言，处理器52可以通过在通用芯片上运行的诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块可以执行一个或多个本文中描述的功能和操作。

在其他实施例中，上述处理器52也可以通过软件与硬件的组合来实施上述三相电机的缺相诊断方法；或在硬件中实施实施上述三相电机的缺相诊断方法。对于硬件实施而言，处理器52可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来实施上述三相电机的缺相诊断方法。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读介质。

本发明提供的上述计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令。该计算机可执行指令在由处理器52执行时，可以实施上述任意一个实施例提供的三相电机的缺相诊断方法，用于起到未启动先保护的作用，从而降低三相交流电机的缺相故障所造成的损害，并提升机车运行的可靠性。

本领域技术人员将可理解，本文中的信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (11)

1.一种三相电机的缺相诊断方法，用于诊断逆变器所驱动的N台电机的缺相状态，其中N大于等于1，所述缺相诊断方法包括：

获取所述N台电机静止时在各相电压下的两相输出电流的实测值；

以各连接状态的电机数目为未知量，基于所获取的各相电压下的所述两相输出电流的实测值，以及各连接状态下的单台电机静止时在各相电压下的所述两相输出电流的理论值建立所述N台电机的缺相状态方程；以及

求解所述缺相状态方程以获得每个连接状态的电机的数目。

2.如权利要求1所述的缺相诊断方法，其特征在于，建立所述缺相状态方程包括：

获取缺相状态分布矩阵，所述缺相状态分布矩阵的行数大于等于所述连接状态的数目，每行矩阵元素对应各连接状态下的单台电机静止时在所述三相电压中的每相电压下的所述两相输出电流中的一相输出电流的理论值，所述缺相状态分布矩阵的列数等于所述连接状态的数目；

基于各连接状态的电机数目的未知量构成乘数列向量；

基于所获取的各相电压下的所述两相输出电流的实测值构成结果列向量；以及

令所述缺相状态分布矩阵乘以所述乘数列向量等于所述结果列向量，从而获得所述缺相状态方程。

3.如权利要求2所述的缺相诊断方法，其特征在于，所述连接状态至少包括U-V-W状态、U-V状态、U-W状态、以及V-W状态。

4.如权利要求3所述的缺相诊断方法，其特征在于，所述连接状态还包括无电流状态，所述无电流状态指示单相连接和无线路连接，

其中，所述缺相状态分布矩阵还包括元素为1的行。

5.如权利要求4所述的缺相诊断方法，其特征在于，所述两相输出电流包括各相电压下的a相电流和b相电流，所述缺相状态方程为：

其中，x₁、x₂、x₃、x₄、x₅为连接状态分别为U-V-W状态、U-V状态、U-W状态、V-W状态以及无电流状态的电机的数目，i_ua、i_ub、i_va、i_vb、i_wa和i_wb分别为所述N台电机在U相电压下的a相输出电流、U相电压下的b相输出电流、V相电压下的a相输出电流、V相电压下的b相输出电流、W相电压下的a相输出电流和W相电压下的b相输出电流，U_d为中间电压，R_s为定子绕组电阻。

6.一种三相电机的缺相诊断装置，用于诊断逆变器所驱动的N台电机的缺相状态，其中N大于等于1，所述缺相诊断装置包括：

存储器；以及

处理器，所述处理器耦接至所述存储器，且配置用于：

获取所述N台电机静止时在各相电压下的两相输出电流的实测值；

以各连接状态的电机数目为未知量，基于所获取的各相电压下的所述两相输出电流的实测值，以及各连接状态下的单台电机静止时在各相电压下的所述两相输出电流的理论值建立所述N台电机的缺相状态方程；以及

求解所述缺相状态方程以获得每个连接状态的电机的数目。

7.如权利要求6所述的缺相诊断装置，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

获取缺相状态分布矩阵，所述缺相状态分布矩阵的行数大于等于所述连接状态的数目，每行矩阵元素对应各连接状态下的单台电机静止时在所述三相电压中的每相电压下的所述两相输出电流中的一相输出电流的理论值，所述缺相状态分布矩阵的列数等于所述连接状态的数目；

基于各连接状态的电机数目的未知量构成乘数列向量；

基于所获取的各相电压下的所述两相输出电流的实测值构成结果列向量；以及

令所述缺相状态分布矩阵乘以所述乘数列向量等于所述结果列向量，从而获得所述缺相状态方程。

8.如权利要求7所述的缺相诊断装置，其特征在于，所述连接状态至少包括U-V-W状态、U-V状态、U-W状态、以及V-W状态。

9.如权利要求8所述的缺相诊断装置，其特征在于，所述连接状态还包括无电流状态，所述无电流状态指示单相连接和无线路连接，

其中，所述缺相状态分布矩阵还包括元素为1的行。

10.如权利要求9所述的缺相诊断装置，其特征在于，所述两相输出电流包括各相电压下的a相电流和b相电流，所述缺相状态方程为：

其中，x₁、x₂、x₃、x₄、x₅为连接状态分别为U-V-W状态、U-V状态、U-W状态、V-W状态以及无电流状态的电机的数目，i_ua、i_ub、i_va、i_vb、i_wa和i_wb分别为所述N台电机在U相电压下的a相输出电流、U相电压下的b相输出电流、V相电压下的a相输出电流、V相电压下的b相输出电流、W相电压下的a相输出电流和W相电压下的b相输出电流，U_d为中间电压，R_s为定子绕组电阻。

11.一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理器执行时实施如权利要求1-5中任一项所述的方法。

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