CN219245699U - 一种电机绕组绝缘破损检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电机检测技术领域，涉及一种电机绕组绝缘破损检测系统，包括真空室、高压脉冲源模块、切换回路、高频电流传感器和测量模块，真空室中放置被测电机和端盖，高频测试采样信号输入电压信号采样电路，高压端HV分别电性连接切换回路的一路输入端，低压端GND分别电性连接测量模块的电压信号采样电路和高频电流传感器的输入端，高频电流传感器的输出端电性连接电流信号选频电路，同时高频电流传感器的输出端经切换回路的一路通过检测线电性连接端盖，电机绕组通过检测线电性连接切换回路的一路输出。本实用新型能检测出槽内和槽口靠近铁芯处绝缘破损点、槽内和端部的匝间绝缘破损点、绕组端部表面绝缘破损点等多种绝缘破损位置。

Description

一种电机绕组绝缘破损检测系统

技术领域

本实用新型属于电机检测技术领域，具体涉及一种电机绕组绝缘破损检测系统。

背景技术

电机绕组绝缘破损，会导致匝间短路、绝缘失效等情况。匝间短路会使得电流增大，电机绕组局部过热，造成电机烧毁的后果。主绝缘失效使得绕组对铁芯短路，会造成电机漏电、人员触电的危害。因此，电机绕组绝缘破损是否能可靠检出，对保证电机质量十分重要。

目前针对电机绝缘不良的检测，主要采用耐压测试、匝间检测。耐压测试，是通过在绕组和铁芯(地)之间施加一个交流高压，检测电机绕组绝缘系统在该电压下的击穿电流，适用于检测电机绕组主绝缘(绕组对地)的破损情况。匝间检测，被测绕组与仪器内部振荡电容形成LC网络，测试时在绕组两端施加一个高电压脉冲，通过检测LC网络衰减振荡的变化量来判断是否合格，适用于检测电机绕组的匝间、相间绝缘破损情况。

在电机生产过程中，其绕组绝缘破损可能发生在槽内、槽口、端部等不同部位。绝缘破损部位的不同，会分别形成对铁芯、对线匝的短路危害。因此，单一的检测设备，由于其施加电压激励的方式固定，仅能检测电机绕组特定部位的绝缘破损情况。

在电机制造过程中产生的绕组绝缘破损，其破损程度，破损点距离其它线匝、铁芯、端盖的距离并不确定，因此使破损点击穿所需要的电压也不同。当绕组绝缘破损点需要的击穿电压大于耐压测试、匝间检测时的输出电压时，会导致无法产生相应的放电电流，因此无法检出破损点。而当破损程度轻微，难以产生持续、明显的放电电流时，其击穿电流有效值变化很小，对匝间振荡能量转换过程影响微弱，因此常规耐压测试、匝间检测方法也无法检出。

实用新型内容

如何通过一套检测系统检测出电机绕组不同部位、不同破损程度的绝缘不良，是本实用新型要解决的技术问题。本实用新型所采用的技术方案如下：

一种电机绕组绝缘破损检测系统，包括：真空室、高压脉冲源模块、切换回路、高频电流传感器和测量模块。所述的测量模块包括电性连接的MCU和FPGA，FPGA分别电性连接ADC1和ADC2，ADC1电性连接电压信号采样电路，ADC2电性连接电流信号选频电路。真空室中放置被测电机和端盖，高压脉冲源模块的高频测试采样信号v_sam输入测量模块的电压信号采样电路，高压脉冲源模块的高压端HV分别电性连接切换回路的一路输入端，高压脉冲源模块的低压端GND分别电性连接测量模块的电压信号采样电路和高频电流传感器的输入端，高频电流传感器的信号端电性连接测量模块的电流信号选频电路，同时高频电流传感器的输出端电性连接到切换回路的另一输入端，切换回路通过继电器矩阵分别将两路输入端电性连接到被测电机的绕组U/V/W端子、铁芯或电机外壳和端盖。

本实用新型的电机绕组绝缘破损检测系统的工作原理是：高压脉冲源模块用于产生高压脉冲，并利用切换回路依次将高压脉冲施加在绕组-绕组之间、绕组-铁芯之间、绕组-端盖之间。测量模块和高频电流传感器分别用于采集和处理电压、电流信号，FPGA用于控制高速ADC采样，并缓存采集到的电压、电流信号波形，MCU对波形信号是否存在击穿和电晕特征进行分析计算，以判断是否发生绝缘破损不良。

优选的，所述的高压脉冲源模块包括并联的储能电容C1和振荡电容C2，可控硅SCR分别串联储能电容C1和振荡电容C2，串联的电阻R1和R2与串联的电容C3和C4并联同时与振荡电容C2并联。

优选的，所述的电流信号选频电路设置有不同通带的信号通路，内部设置有模拟开关。

优选的，MCU与FPGA之间连接有数据线。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过在真空条件下进行测试，使得空气间隙较大的绝缘破损点也能产生放电。切换回路能够对绕组匝间、绕组对铁芯、绕组端部对端盖等多个部位进行冲击，脉冲式高压源作为检测激励源，具有放电能力强、能量小的特点，能够应用于真空环境且不会击穿绝缘良好的部位。因此真空条件、测试部位切换、脉冲激励源的组合，能够检测出槽内和槽口靠近铁芯处绝缘破损点、槽内和端部的匝间绝缘破损点、绕组端部表面绝缘破损点等多种绝缘破损位置。

由于脉冲电压的幅值、波前时间是能否使绝缘破损点产生放电的关键因素，施加冲击电压时，绕组的分布参数特性会导致部分线匝承受的电压幅值降低、波前时间变长，降低了绝缘破损检测能力。本实用新型能够从不同的方向对被测电机的各个绝缘介质两端施加电压，能够降低绕组分布参数对脉冲电压的负面影响，提升绕组各个线匝的绝缘破损的检测能力。

本实用新型采用的高频电流测量方案，对于绝缘破损严重、完全击穿的放电情况，可通过其放电时形成的较大突变电流波形而检测出不良。而对于绝缘破损程度小或间隙较远，处于临界放电状态而发生的电晕、闪络等非持续的电荷移动情况，其电压、电流波形变化不明显，但通过高频电流传感器、电流信号选频电路可以检测到其产生的高频电流信号，配合MCU和FPGA对电流波形的计算，也可以检测出此类绝缘不良问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例的检测系统的架构示意图。

图2是相地、匝间绝缘破损形成击穿放电时电压和电流波形的示意图。

图3是相地、匝间绝缘不完全破损形成非持续放电时高频放电波形的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，是本实用新型实施例的检测系统的架构示意图。一种电机绕组绝缘破损检测系统，包括：满足真空测试条件的真空室、切换回路、高压脉冲源模块、高频电流传感器和测量模块。真空室内设置待检测的电机绕组和端盖。真空室用于产生真空测试条件，在测试时将真空室内气压条件抽取到设定的负压。

1、高压脉冲源模块和切换回路。

高压脉冲源模块包括并联的储能电容C1和振荡电容C2，可控硅SCR分别串联储能电容C1和振荡电容C2，串联的电阻R1和R2与串联的电容C3和C4并联同时与振荡电容C2并联。储能电容C1用于存储外部充电模块充电的能量，当可控硅SCR打开时，储能电容C1中存储的电荷瞬间施加到被测电机上，形成高压脉冲输出。当进行匝间检测时，振荡电容C2用于和被测线圈形成LC振荡。R1和R2串联用于分压，便于匝间测试时采集振荡波形。与R1和R2串联结构分别并联的C3和C4，用于保证高频测试时采样信号v_sam不失真。

切换回路为高压继电器矩阵，可将高压脉冲源模块的高压端HV、低压端GND分别连接到电机的每一个绕组U/V/W端子、铁芯或电机外壳、端盖之间，通过对不同部位施加高压脉冲形成的放电情况，来检测绕组匝间、绕组对地、绕组端部表面等不同部位绝缘破损。

真空室用于放置被测电机和端盖，电机绕组、铁芯或电机外壳、端盖分别通过支撑工装引出检测线路。检测时，被测电机和支撑工装、电机端盖均处于设定条件的真空环境中。

2、高频电流传感器和测量模块。

测量模块包含电压信号采样电路、电流信号选频电路，高速AD转换器(ADC1和ADC2)，以及用于采样控制和波形缓存的FPGA控制电路，用于波形处理和放电特征处理的MCU。R1、R2串联分压后的电压采样信号v_sam传输到电压信号采样电路，电压信号采样电路将对电压信号进行滤波、根据当前电压选取合适的放大倍数，并将处理后的电压波形信号送入高速ADC1。

高频电流传感器连接到电流信号选频电路。电流信号选频电路设置有不同通带的信号通路，内部设置有模拟开关，通过FPGA控制模拟开关选择不同频率的电流信号，以保证测试击穿电流、电晕放电电流检测时有效信号送入高速ADC2。

高速ADC1、ADC2分别用于电压波形信号、电流波形信号的模数转换。FPGA分别与高速ADC1、ADC2电性连接，测试时分别向两个ADC提供同频时钟信号，并分别从两个ADC读取模数转换数据，并进行缓存。

MCU与FPGA电性连接，用于控制采样开始、结束信号。MCU与FPGA之间连接有数据线，用于读取其缓存的电压、放电电流、电晕电流波形信号。

3、电机绕组绝缘破损判定方法。

如图2所示，是相地、匝间绝缘破损形成击穿放电时电压和电流波形的示意图；如图3所示，是相地、匝间绝缘不完全破损形成非持续放电时高频放电波形的示意图。检测数据采集结束之后，MCU从FPGA的缓存模块中读取电压、放电电流、电晕电流波形信号进行分析。

匝间检测时，首先对采样的电压波形进行判断，通过被测电机的振荡波形与标准电机振荡波形的面积、面积差判断是否存在匝间短路。其次对击穿电流波形进行判断。如在施加脉冲后产生较大的瞬态电流，并且在同一相位产生较大的电压跌落，则判定为发生了击穿现象，存在绝缘破损。最后进行电晕电流判断，当检测到高频电流波形超过设定阈值，则认为发生了轻微绝缘破损的情况。

相对地检测、相对端盖检测时，判定方法与匝间检测相同。通过在不同检测项发生击穿、电晕的结果，可大致判定绝缘破损的位置，复测时观察打火点即可定位绝缘破损点。

本实用新型实施例中，未详细描述的技术特征均为现有技术或者常规技术手段，在此不再赘述。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电机绕组绝缘破损检测系统，其特征在于，包括：真空室、高压脉冲源模块、切换回路、高频电流传感器和测量模块；所述的测量模块包括电性连接的MCU和FPGA，FPGA分别电性连接ADC1和ADC2，ADC1电性连接电压信号采样电路，ADC2电性连接电流信号选频电路，真空室中放置被测电机和端盖，高压脉冲源模块的高频测试采样信号v_sam输入测量模块的电压信号采样电路，高压脉冲源模块的高压端HV分别电性连接切换回路的一路输入端，高压脉冲源模块的低压端GND分别电性连接测量模块的电压信号采样电路和高频电流传感器的输入端，高频电流传感器的信号端电性连接测量模块的电流信号选频电路，同时高频电流传感器的输出端电性连接到切换回路的另一输入端，切换回路通过继电器矩阵分别将两路输入端电性连接到被测电机的绕组U/V/W端子、铁芯或电机外壳和端盖。

2.根据权利要求1所述的一种电机绕组绝缘破损检测系统，其特征在于，所述的高压脉冲源模块包括并联的储能电容C1和振荡电容C2，可控硅SCR分别串联储能电容C1和振荡电容C2，串联的电阻R1和R2与串联的电容C3和C4并联同时与振荡电容C2并联。

3.根据权利要求1所述的一种电机绕组绝缘破损检测系统，其特征在于，所述的电流信号选频电路设置有不同通带的信号通路，内部设置有模拟开关。

4.根据权利要求3所述的一种电机绕组绝缘破损检测系统，其特征在于，MCU与FPGA之间连接有数据线。

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