CN118091407B - 发动机定子的绝缘性能的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量测试领域，尤其涉及发动机定子的绝缘性能的测试方法及装置。首先，设定测试参数、采样率和电学参数类型；通过发送启动命令启动测试过程，并根据测试参数对发动机定子施加高频电压；启动命令的同时实时记录电学响应数据；其次，将收集到的电学响应数据进行即时分析，对即时分析后的电学响应数据进行综合分析评估，得到发动机定子绝缘性能的评估结果。本发明解决了在变化的环境下发动机定子的绝缘性能测试的准确性和可靠性较低以及增加设备故障的风险和维护成本的技术问题。

Description

发动机定子的绝缘性能的测试方法及装置

技术领域

本发明涉及测量测试领域，尤其涉及发动机定子的绝缘性能的测试方法及装置。

背景技术

在电机和发动机的维护与检测中，发动机定子绝缘性能的评估是保证设备安全和效率的关键环节。绝缘性能的好坏直接关系到设备的正常运行和寿命。传统的绝缘性能测试方法通常在相对稳定的实验室环境下进行，而忽略了实际操作环境中的温度、湿度等环境因素对绝缘性能的影响。这些环境变量，尤其是温度和湿度的波动，可能会导致绝缘材料性能的变化，从而影响测试结果的准确性和可靠性。由于环境因素的影响，传统测试方法在实际应用中可能无法准确反映设备的绝缘状态，这会导致对设备状态的误判，增加不必要的维护成本或忽视了潜在的安全风险。此外，常规测试方法往往未能考虑到绝缘性能随环境变化的动态特性，导致测试结果不能真实地代表设备在变化环境下的运行状况。

但上述技术至少存在如下技术问题：在变化的环境条件下对发动机定子的绝缘性能测试的准确性和可靠性较低以及增加了设备故障的风险和维护成本的技术问题。

发明内容

本发明提供发动机定子的绝缘性能的测试方法及装置，以解决现有的在变化的环境条件下对发动机定子的绝缘性能测试的准确性和可靠性较低以及增加了设备故障的风险和维护成本的技术问题。

本发明的发动机定子的绝缘性能的测试方法及装置，具体包括以下技术方案：

发动机定子的绝缘性能的测试方法，包括以下步骤：

S1、设定测试参数、采样率和电学参数类型；通过发送启动命令启动测试过程，并根据测试参数对发动机定子施加高频电压；启动命令的同时实时记录电学响应数据；

S2、将收集到的电学响应数据进行即时分析，对即时分析后的电学响应数据进行综合分析评估，得到发动机定子绝缘性能的评估结果。

优选的，所述S1，进一步，具体包括：

首先，对发动机定子进行外观检查；再进行绝缘电阻测量，确认发动机定子的绝缘状态符合进行高频电压测试的要求；进一步设定测试参数、采样率以及电学参数类型，电学参数类型包括电压、电流、阻抗。

优选的，所述S1，进一步，具体包括：

在高频电压测试的过程中，根据测试参数向发动机定子施加高频电压，同时实时收集测试过程中产生的电学响应数据；所述电学响应数据包括被测发动机定子的电压、电流和阻抗变化。

优选的，所述S1，进一步，具体包括：

在测量电阻和阻抗时，引入温度补偿算法，实时监测测试环境的温度，得到环境因素的影响系数以及温度变化的非线性效应，并根据环境因素的影响系数以及温度变化的非线性效应电阻和阻抗测量值。

优选的，所述S1，进一步，具体包括：

温度补偿算法的具体实现过程如下：

首先，确定测试环境的基准温度；并在发动机定子的绝缘性能的测试装置中安装温度传感器，通过温度传感器连续监测测试过程中的实时环境温度，计算实时环境温度与基准温度之间的差值；

进一步，确定电阻和阻抗对温度的依赖系数；

进一步，应用温度补偿公式调整因温度变化而受影响的电阻和阻抗的测量值；

最后，对经过温度补偿的电阻和阻抗测量值进行实时更新。

优选的，所述S2，进一步，具体包括：

在即时分析的过程中，对收集到的电学响应数据进行预处理；对预处理后的电学响应数据进行判断，当超出电学响应数据参数的正常操作范围时，记录异常事件，触发警报并将异常事件进行处理，同时记录异常数据点的时间戳和数值；当即时分析中未出现异常且测试时间达到设定的测试时间，测试过程结束。

优选的，所述S2，进一步，具体包括：

在综合分析评估的过程中，引入电阻稳定性优化算法对绝缘参数中的绝缘电阻进行计算。

优选的，所述S2，进一步，具体包括：

在综合分析评估的过程中，引入环境影响因子，调整绝缘参数中的介电常数和损耗因数。

发动机定子的绝缘性能的测试装置，包括以下部分：

绝缘性能评估单元，数据采集单元，实时监控单元，控制单元；

所述绝缘性能评估单元，用于对发动机定子的绝缘性能进行评估，通过施加高频电压，对绝缘层的状态进行测试和评估；

所述数据采集单元，负责实时收集绝缘性能测试过程中的数据，得到电学响应数据；

所述实时监控单元，实现对测试过程的实时监控和数据分析，包括电学响应数据的实时显示、绝缘性能状态分析及异常预警；

所述控制单元，协调发动机定子的绝缘性能的测试装置的各个单元的操作，包括测试参数的设定、测试过程的启动或停止以及异常处理；

用以实施上述的发动机定子的绝缘性能的测试方法。

优选的，所述发动机定子的绝缘性能的测试装置，进一步，具体包括：

绝缘性能评估单元与数据采集单元相连，绝缘性能评估单元产生的测试信号和响应通过数据采集单元进行收集；数据采集单元将收集到的电学响应数据传输给实时监控单元，实时监控单元对电学响应数据进行分析和显示，并根据分析结果产生预警信号；控制单元控制绝缘性能评估单元的操作，还基于实时监控单元的分析结果进行综合分析评估，得到发动机定子绝缘性能的评估结果；发动机定子的绝缘性能的测试装置的所有单元通过数据总线和控制信号线相连接，同时控制单元通过网络接口与外部系统进行通信。

本发明的技术方案的有益效果是：

1、本发明通过采用温度补偿算法，能够显著减少由环境温度变化引起的测量误差，温度补偿公式考虑到了温度的一级和二级效应，确保即使在温度波动较大的环境中，也能得到准确的电阻和阻抗测量值，确保绝缘性能测试的可靠性和准确性，同时减少了重复测试和后续可能的维护工作，从而节省了大量的时间和成本。

2、本发明通过实施温度补偿公式和滑动窗口平均法，减少了由于环境温度变化和数据波动引起的误差，确保了电阻测量的稳定性和准确性，使得测试结果更加可靠，有助于提前识别潜在的绝缘问题，避免由绝缘失败引发的成本高昂的设备故障；通过引入温度和湿度影响因子，综合考虑了环境条件对绝缘性能的实际影响，使得绝缘性能的评估符合实际工作环境，增强了高频电压测试过程的测试数据的适用性和预测性；得到对发动机定子的绝缘性能更准确的评估结果。

附图说明

图1为本发明所述的发动机定子的绝缘性能的测试装置结构图；

图2为本发明所述的发动机定子的绝缘性能的测试方法流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，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，所描述的实施例仅仅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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的发动机定子的绝缘性能的测试方法及装置的具体方案。

参照附图1，其示出了本发明一个实施例所提供的发动机定子的绝缘性能的测试装置结构图，该装置包括以下部分：

绝缘性能评估单元，数据采集单元，实时监控单元，控制单元；

绝缘性能评估单元的核心功能是对发动机定子的绝缘性能进行评估，通过施加高频电压，快速地对绝缘层的状态进行测试和评估；

数据采集单元，负责实时收集绝缘性能测试过程中的各项电学参数，得到电学响应数据，所述电学参数如电压、电流、阻抗；

实时监控单元，实现对测试过程的实时监控和数据分析，包括数据的实时显示、绝缘性能状态分析及异常预警；

控制单元，协调发动机定子的绝缘性能的测试装置的各个单元的操作，包括测试参数的设定、测试过程的启动/停止以及异常处理；

单元间的联系：

绝缘性能评估单元与数据采集单元直接相连，将绝缘性能评估单元产生的测试信号和响应通过数据采集单元进行收集，所述测试信号是通过绝缘性能评估单元产生并施加到发动机定子上的点信号，是高频电压；数据采集单元将收集到的电学响应数据传输给实时监控单元，实时监控单元负责电学响应数据的进一步分析和显示，以及根据分析结果产生预警信号；控制单元是发动机定子的绝缘性能的测试装置的核心，直接控制绝缘性能评估单元的操作，还基于实时监控单元的分析结果进行综合分析评估，得到发动机定子绝缘性能的评估结果，确保测试过程的优化；发动机定子的绝缘性能的测试装置的所有单元通过数据总线和控制信号线相连接，同时控制单元还能通过网络接口与外部系统（如计算机管理系统）进行通信，实现远程监控和数据共享；

在绝缘性能评估单元采用特定频率范围内的高频电压，通过绝缘层响应的电参数变化（如电容和介电损耗），精确判断绝缘状态；在数据采集单元使用高精度传感器和AD转换器，确保数据采集的准确性和高效性，同时将收集到的数据用于进一步的分析和处理；利用物联网技术，将分析和处理后的数据通过网络实时传输到监控单元，使操作人员能够即时获取测试结果，并对分析和处理后的数据进行深入分析；在控制单元采用高性能微处理器或可编程逻辑控制器（PLC），通过软件编程实现对发动机定子的绝缘性能的测试流程的精确控制。

参照附图2，其示出了本发明一个实施例所提供的发动机定子的绝缘性能的测试方法流程图，该方法包括以下步骤：

S1、设定测试参数、采样率和电学参数类型；通过发送启动命令启动测试过程，并根据测试参数对发动机定子施加高频电压；启动命令的同时实时记录电学响应数据；

首先对发动机定子利用专家经验法进行外观检查，确保没有可见的物理损伤、裂纹或者污染物，所述外观检查是为了排除因外部可见缺陷而影响绝缘性能测试的准确性；再使用专门的检测工具，如绝缘电阻测试仪，进行绝缘电阻测量，以确认发动机定子的基本绝缘状态符合进行高频电压测试的要求；进一步设定测试参数；在控制单元中输入测试参数，所述测试参数可以包括高频电压的频率、幅度，测试的持续时间以及对于特定测试情况需要的任何特殊参数，所述测试参数是通过专家经验法设定的；对数据采集单元进行配置，设定采样率以及需要收集的电学参数类型（如电压、电流、阻抗），以确保能够准确地记录测试过程中的所有测试数据；接着启动命令；通过控制单元发送启动命令，正式开始测试过程，控制单元将根据预设的测试参数自动控制绝缘性能评估单元对发动机定子施加高频电压；启动命令同时触发数据采集单元开始实时记录测试数据，将所有电学响应数据捕捉和记录下来。

进一步，绝缘性能评估单元根据控制单元设定的测试参数，向发动机定子施加预定频率和幅度的高频电压，所述高频电压是为了在较短的时间内准确地评估发动机定子的绝缘性能，用于发现在低频或直流电压下不易发现的绝缘问题；数据采集单元实时收集测试过程中产生的电学响应数据，所述电学响应数据可以包括被测发动机定子的电压、电流和阻抗变化；所述电学响应数据是评估发动机定子绝缘性能的关键依据。

为了避免在测量电阻和阻抗时，因受到温度波动的影响，引起的测量值不稳定，引入温度补偿算法，所述温度补偿算法通过实时监测测试环境的温度，得到环境因素的影响系数以及温度变化的非线性效应，并根据环境因素的影响系数以及温度变化的非线性效应调整测量结果，从而减少温度波动对测量准确性的影响；所述温度补偿算法具体实现过程如下：

首先确定测试环境的基准温度，所述基准温度是设备开机启动时的环境温度或者是工业标准参考温度，如25°C；在发动机定子的绝缘性能的测试装置中安装温度传感器，确保所述温度传感器能够准确捕获到测试环境的实时温度变化；通过温度传感器连续监测测试过程中的实时环境温度，计算实时环境温度与基准温度之间的差值，即温度变化。

确定温度依赖系数；根据材料性质，历史电阻与温度和历史阻抗与温度的实验数据，采用现有的回归分析方法确定电阻和阻抗对温度的依赖系数，所述历史电阻与温度和历史阻抗与温度的实验数据通过调用数据库中的历史实验数据得到，所述依赖系数描述了电阻和阻抗值随温度变化的敏感程度；

作为具体实施例，为了确定电阻和阻抗对温度的依赖系数，构建回归方程，表示温度变量，取的一阶导数的常数项作为电阻或阻抗的一级温度依赖系数，取的二阶导数的常数项作为电阻或阻抗的二级温度依赖系数；

针对电阻对温度的依赖系数，构建以下回归方程：

，

，

，

其中，表示取常函数，用于提取常数项；,…,表示回归方程的系数，表示回归方程的阶数; 是电阻的一级温度依赖系数；是电阻的二级温度依赖系数；可以根据实际情况设置，在此不做限定；

针对阻抗对温度的依赖系数，构建以下回归方程：

，

，

，

其中，,…,表示回归方程的系数，表示回归方程的阶数；为阻抗的一级温度依赖系数；为阻抗的二级温度依赖系数；可以根据实际情况设置，在此不做限定；

进一步进行温度补偿计算；应用温度补偿公式调整因温度变化而受影响的电阻和阻抗的测量值：

，

，

其中，和分别是经过温度补偿后的电阻和阻抗测量值；是在测量温度时未经补偿的电阻值；是电阻的一级温度依赖系数；是温度变化量；是考虑到环境影响的电阻的二级温度依赖系数，用于调整温度变化的二次项效应；表示自然对数，用于描述电阻随温度变化的非线性响应；是在测量温度时未经补偿的阻抗值；是一个1×3矩阵，包括阻抗对温度变化敏感度的依赖系数，可以通过对温度实验数据采用上述回归方程拟合得到，，其中和分别对应阻抗的一级和二级温度依赖系数；

最后实时更新补偿结果；将经过温度补偿的电阻和阻抗测量值和实时更新到数据采集单元，以便技术人员可以即时获知准确的采集结果，为后续分析提供准确数据。

S2、将收集到的电学响应数据进行即时分析，对即时分析后的电学响应数据进行综合分析评估，得到发动机定子绝缘性能的评估结果；

在实时监控单元对从数据采集单元收集到的电学响应数据进行即时分析，具体实现过程如下：

首先对接收到的电学响应数据进行预处理，得到预处理后的电学响应数据；所述预处理可以包括去噪、滤波和归一化处理，以确保数据分析的准确性和有效性；进一步进行实时数据监控，根据设备规格和安全标准确定电学响应数据参数的正常操作范围，即阈值范围，如电压范围设定为至，电流和阻抗同理；基于阈值范围对预处理后的电学响应数据进行判断，当超出设定的正常范围时，记录异常事件，并可以触发警报并将异常事件信息传递到控制单元进行进一步处理，同时记录异常数据点的时间戳和具体数值，以便于后续分析和诊断；若即时分析中无异常出现，且测试时间达到控制单元设定的测试时间，测试过程自动结束。

进一步当测试结束时，对即时分析后的电学响应数据进行综合分析评估，得到发动机定子绝缘性能的评估结果；具体实现过程如下：

首先对绝缘参数进行计算；计算如绝缘电阻、介电常数和损耗因数的绝缘参数；针对绝缘电阻，引入电阻稳定性优化算法进行计算，计算公式如下：

先调整电阻测量值：

，

其中，是调整后的电阻值；是电阻测量值；是材料的温度系数；是测量时的温度；是参考温度；

再使用滑动窗口平均法减少电阻值的瞬时波动，得到优化后的绝缘电阻：

，

其中，窗口大小；表示第个窗口调整后的电阻值。

同时，引入环境影响因子，调整介电常数和损耗因数的计算，以反映环境变化对绝缘性能的实际影响，具体实现如下：

首先，定义环境影响因子，所述环境影响因子如温度影响因子和湿度影响因子；基于温度和湿度的敏感性得到温度影响因子：

，

其中，是参考温度，是测量时的温度，是温度调整系数，通过实验数据确定；

湿度影响因子：

，

其中，是参考湿度，是湿度调整系数，同样通过实验确定；是测量时的湿度；

将环境影响因子融入到介电常数和损耗因数的计算中，以更准确地反映材料在特定环境下的绝缘性能；调整后的介电常数：

，

其中，是原始介电常数，表示材料在电场中存储电荷的能力，由标准条件下的实验测量得到；和是介电常数的环境敏感度指数，根据材料特性调整；

调整后的损耗因数：

，

其中，原始损耗因数，表示材料内部介电损耗的大小，通过在标准条件下的实验得到；是损耗因数的温度敏感度指数，是一个用于调整损耗因数对环境反应灵敏度的系数；

使用上述计算得到的绝缘电阻、介电常数和损耗因数与根据专家经验法预设的健康标准或基线进行比较；对于每个参数，根据专家经验定义安全和警告阈值，如绝缘电阻不得低于某个特定值，介电常数和损耗因数也应在特定范围内；如果任何一个参数低于安全阈值或高于风险阈值，将标识出绝缘状态不良，得到发动机定子的绝缘性能测试结果。

综上所述，完成了发动机定子的绝缘性能的测试方法及装置。

发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.发动机定子的绝缘性能的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设定测试参数、采样率和电学参数类型，包括电压、电流、阻抗；通过发送启动命令启动测试过程，并根据测试参数对发动机定子施加高频电压；启动命令的同时实时记录电学响应数据；在测量电阻和阻抗时，引入温度补偿算法，具体实现过程如下：

确定测试环境的基准温度；并在发动机定子的绝缘性能的测试装置中安装温度传感器，通过温度传感器连续监测测试过程中的实时环境温度，计算实时环境温度与基准温度之间的差值；

确定电阻和阻抗对温度的依赖系数；

应用温度补偿公式调整因温度变化而受影响的电阻和阻抗的测量值：

，

，

其中，和分别是经过温度补偿后的电阻和阻抗测量值；是在测量温度时未经补偿的电阻值；是电阻的一级温度依赖系数；是温度变化量；为基准温度；是电阻的二级温度依赖系数；是在测量温度时未经补偿的阻抗值；是1×3矩阵，包括阻抗对温度变化敏感度的依赖系数，，其中和分别对应阻抗的一级和二级温度依赖系数；

对经过温度补偿的电阻和阻抗测量值进行实时更新；

S2、将收集到的电学响应数据进行即时分析，对即时分析后的电学响应数据进行综合分析评估，得到发动机定子绝缘性能的评估结果；在综合分析评估的过程中，引入电阻稳定性优化算法对绝缘参数中的绝缘电阻进行计算，计算公式如下：

调整电阻测量值：

，

其中，是调整后的电阻值；是电阻测量值；是材料的温度系数；是测量时的温度；是参考温度；

使用滑动窗口平均法，得到优化后的绝缘电阻：

，

其中，表示窗口大小；表示第个窗口调整后的电阻值。

2.如权利要求1所述的发动机定子的绝缘性能的测试方法，其特征在于，所述S1，具体包括：

首先，对发动机定子进行外观检查；再进行绝缘电阻测量，确认发动机定子的绝缘状态符合进行高频电压测试的要求；进一步设定测试参数、采样率以及电学参数类型，电学参数类型包括电压、电流、阻抗。

3.如权利要求2所述的发动机定子的绝缘性能的测试方法，其特征在于，所述S1，具体包括：

在高频电压测试的过程中，根据测试参数向发动机定子施加高频电压，同时实时收集测试过程中产生的电学响应数据；所述电学响应数据包括被测发动机定子的电压、电流和阻抗变化。

4.如权利要求1所述的发动机定子的绝缘性能的测试方法，其特征在于，所述S1，具体包括：

温度补偿算法通过实时监测测试环境的温度，得到环境因素的影响系数以及温度变化的非线性效应，并根据环境因素的影响系数以及温度变化的非线性效应电阻和阻抗测量值。

5.如权利要求1所述的发动机定子的绝缘性能的测试方法，其特征在于，所述S2，具体包括：

在即时分析的过程中，对收集到的电学响应数据进行预处理；对预处理后的电学响应数据进行判断，当超出电学响应数据参数的正常操作范围时，记录异常事件，触发警报并将异常事件进行处理，同时记录异常数据点的时间戳和数值；当即时分析中未出现异常且测试时间达到设定的测试时间，测试过程结束。

6.如权利要求1所述的发动机定子的绝缘性能的测试方法，其特征在于，所述S2，具体包括：

在综合分析评估的过程中，引入环境影响因子，调整绝缘参数中的介电常数和损耗因数，具体实现如下：

定义环境影响因子，包括温度影响因子和湿度影响因子；基于温度和湿度的敏感性得到温度影响因子：

，

其中，是参考温度；是温度调整系数；

湿度影响因子：

，

其中，是参考湿度；是湿度调整系数；是测量时的湿度；

将环境影响因子融入到介电常数和损耗因数的计算中；

调整后的介电常数：

，

其中，是原始介电常数，表示材料在电场中存储电荷的能力；和是介电常数的环境敏感度指数；

调整后的损耗因数：

，

其中，原始损耗因数，表示材料内部介电损耗的大小；是损耗因数的温度敏感度指数；是用于调整损耗因数对环境反应灵敏度的系数。

7.发动机定子的绝缘性能的测试装置，用以实施权利要求1所述的发动机定子的绝缘性能的测试方法，其特征在于，包括以下部分：

绝缘性能评估单元，数据采集单元，实时监控单元，控制单元；

所述绝缘性能评估单元，用于对发动机定子的绝缘性能进行评估，通过施加高频电压，对绝缘层的状态进行测试和评估；

所述数据采集单元，负责实时收集绝缘性能测试过程中的数据，得到电学响应数据；

所述实时监控单元，实现对测试过程的实时监控和数据分析，包括电学响应数据的实时显示、绝缘性能状态分析及异常预警；

所述控制单元，协调发动机定子的绝缘性能的测试装置的各个单元的操作，包括测试参数的设定、测试过程的启动或停止以及异常处理。

8.如权利要求7所述的发动机定子的绝缘性能的测试装置，其特征在于，具体包括：

绝缘性能评估单元与数据采集单元相连，绝缘性能评估单元产生的测试信号和响应通过数据采集单元进行收集；数据采集单元将收集到的电学响应数据传输给实时监控单元，实时监控单元对电学响应数据进行分析和显示，并根据分析结果产生预警信号；控制单元控制绝缘性能评估单元的操作，还基于实时监控单元的分析结果进行综合分析评估，得到发动机定子绝缘性能的评估结果；发动机定子的绝缘性能的测试装置的所有单元通过数据总线和控制信号线相连接，同时控制单元通过网络接口与外部系统进行通信。