WO2016029234A1 - Verfahren und vorrichtung zur detektion des zustands einer isolierung einer wechselstrommaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur detektion des zustands einer isolierung einer wechselstrommaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2016029234A1
WO2016029234A1 PCT/AT2015/050203 AT2015050203W WO2016029234A1 WO 2016029234 A1 WO2016029234 A1 WO 2016029234A1 AT 2015050203 W AT2015050203 W AT 2015050203W WO 2016029234 A1 WO2016029234 A1 WO 2016029234A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
machine
current response
measured
insulation
inverter
Prior art date
Application number
PCT/AT2015/050203
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Wolbank
Original Assignee
Technische Universität Wien
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universität Wien filed Critical Technische Universität Wien
Publication of WO2016029234A1 publication Critical patent/WO2016029234A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/346—Testing of armature or field windings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
    • G01R31/1272—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation of cable, line or wire insulation, e.g. using partial discharge measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the state of isolation of an inverter-powered alternator, wherein the machine is excited by the inverter with egg ⁇ ner voltage and caused by this excitation, a current response of the machine, the current response is then measured.
  • the invention further relates to a device for determining the state, in particular a deteriorated Zu ⁇ states, an insulation of an inverter-powered alternator, with an alternator, which is connected to a Wech ⁇ rectifier, which is adapted to the Ma ⁇ machine with a voltage and at least one sensor for measuring a current response of the machine caused by this excitation.
  • stator-related disorders represent the second most common incidents with about 35%; Of these stator related disturbances about 70% are caused by defects of the isolation system.
  • loads such as electrical, thermal, thermomechanical, mechanical, and (um ⁇ world related burdens Oslinger, J. L;. Castro, L. C;. "Corre- lation between Capacitance and Dissipation Factor used for Assessment ment of Stator Insulation, "World Academy of Science, Engineering and Technology, Waset, Vol. 63, No. 72, pp. 365-371, 2012).
  • 6,035,265 A is a system for detecting defects stator coil described in the US, wherein an RF signal applied to the stator and a monitoring is carried out on a ⁇ n ⁇ alteration of Windungskapazticianen.
  • a separate measuring device with current and voltage sensors and Rechenmit ⁇ stuff is proposed.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a typi ⁇ rule assembly 1 from inverter cable machine is shown.
  • the main components responsible for behavior at the fundamental frequency of the drive are labeled 2 (inverter), 3 (cable) and 4 (machine).
  • the high frequency characteristics are significantly influenced by the parasitic components of the system, which are affected by capacitances, e.g. B. 5, are identified.
  • capacitances e.g. B. 5
  • the parameters of these parasitic capacitances 5 are in turn influenced by the isolation system and by its constitution, cf. the aforementioned article by Farahani, M .; Borsi, H .; Gockenbach, E. ; "Study of capacitance and dissipation factor tip-up to evaluate the condition of isolating systems for high voltage rotating machines," Electrical Engineering, Vol. 89, No. 4, pp. 263-270, 2007.
  • the present invention now seeks to provide a method and apparatus as outlined above for detecting / monitoring the isolation state of inverter-powered AC machines (eg, induction machines) while allowing for simple equipment and high efficiency.
  • inverter-powered AC machines eg, induction machines
  • the invention proposes a method and an apparatus as defined in the independent claims; Advantageous embodiments and further developments are defined in the dependent claims.
  • the basic idea behind the proposed estimation of the general state of isolation is to excite the machine in a specific high frequency range that is well above the fundamental of the machine, which is related to the mechanical speed and typically does not exceed 1 kHz.
  • the ⁇ se excitation is achieved by means of the inverter, and it is the current response of the machine measured in the considered frequency range.
  • This frequency range depends on the design of the machine and its insulation system. For machines with a randomly wound stator winding and a nominal power of up to 100 kW, the frequency range can typically be 300 kHz to 10 MHz. For machines with preformed stator coils and a rated power in the megawatt range and above, the frequency range can typically be 50 kHz to 5 MHz.
  • the excitation of the machine in ei ⁇ nem specific frequency range occurs. Since the inverter can provide a voltage excitation, it can be used directly by generating a particular voltage sequence with a particular dominant frequency.
  • a typical voltage pulse pattern is shown schematically in FIG. 2A, which shows excitation in the single-phase direction with a dominant frequency of 100 kHz. It consists of a sequence of spatially parallel stress space pointers pointing in the opposite direction of a phase (eg, u +, u-, u +, u-, see Figures 2A and 2B). Since each pulse has a duration of 5 ⁇ , a dominant reason ⁇ frequency of 100 kHz is excited.
  • An alternative type of excitation may be a spatially Rotie ⁇ Rende excitation, in which the dominant fundamental wave by the sequential application of adjacent 60 ° -Spannungszei- is often generated to an electrical revolution overall within the desired period to produce, cf. Fig. 2B. 4 shows the voltage measured at the machine terminals, which results from excitation in one phase (see FIG. As can be seen, there is a dominant fundamental voltage with a frequency of approximately 100 kHz.
  • the actual voltage excitation signal is ver ⁇ distortion by the blocking of an inverter dead time and due to other non-ideal properties of the inverter, resulting in additional excitation frequencies.
  • the resulting current is measured using the Stromsenso ⁇ reindeer, which are present in standard industrial inverters.
  • This type of sensor usually has a frequency range that is set at a few hundred kHz according to the manufacturer. Above this frequency the Wegig ⁇ ness is reduced, its transfer function is nevertheless reproduction ⁇ ible but because they act as current transformers.
  • Hochfre ⁇ quenzschwingung which is triggered by the steep voltage rise, which covers the reaction in the frequency range of interest, if one considered the passage of time.
  • the excitation frequency can be changed, and the results can therefore be used to determine a measure of the frequency response of the machine.
  • an insulation degradation indicator is determined in real-time based on the deviation of the measured current response from the at least one reference current response.
  • This IDI can be calculated based on (deviation from the root mean square) of the determination of a standard deviation of the current responses over the frequency range.
  • an insulation of an inverter-fed AC machine is characterized in that the inverter is to be ⁇ directed is to stimulate the machine with a voltage in a certain frequency range above the fundamental wave of the machine, and that a comparator is provided at least which is adapted to compare the measured current response of the machine with Minim ⁇ least a reference current response that was previously created and measured and stored at the intact machine, to determine at least a reference current in response to the order on the basis of these changes, the insulation state to determ ⁇ men and possible changes in the measured current response in relation.
  • the current response is preferably measured by means of at least one current sensor already present in the inverter circuit; Moreover, it is advantageous if the specific frequency range for the voltage is 50 kHz to 5 MHz, preferably 300 kHz to 3 MHz, at least up to 1.5 MHz; and / or if the inverter is configured to output a pulse sequence as the excitation voltage.
  • a preferred embodiment is further characterized by at least one computing unit configured to calculate an insulation deterioration indicator (IDI) based on the deviation of the measured current response from the at least one reference current response.
  • IDI insulation deterioration indicator
  • the computing unit is turned to ⁇ directed, the indicator for the deterioration of the insulation on the basis of a number of current measurements and based reaction to calculate a standard deviation of the current response over the frequency range.
  • FIG. 1 is an illustration of a typical structure of drive components that affect low frequency, high frequency electrical behavior
  • Figures 2A and 2B show typical inverter pulse sequence switching commands to excite an alternator in the form of a 100 kHz single-phase excitation (Figure 2A) and in the form of a rotating excitation ( Figure 2B);
  • Figures 3 is a block diagram of an embodiment of the present apparatus;
  • Fig. 4 shows an example of an excitation voltage sequence measured at a machine phase terminal (100 kHz);
  • Fig. 5 shows a plot of the measured phase current response resulting from the pulse sequence excitation of Fig. 4;
  • Fig. 6 shows a plot of the amplitude spectrum of the measured phase current response resulting from the pulse sequence excitation of Fig. 4 (100 kHz);
  • Fig. 7 shows in a schematic representation the determination of the spatial asymmetry of a machine at an excitation frequency based on a comparison of results of the individual phases
  • Fig. 8 schematically illustrates the arrangement of a capacitance on a stator winding of a machine to simulate a general condition with degraded insulation
  • Fig. 9 is a graph of the measured current response is similar to that of Figure 5 but wherein this results from a pulse sequence excitation at 166 kHz, which is proper to ⁇ was shown in a black solid line and the deteriorated state with a dashed line.
  • FIG. 10A and 10B are diagrams of the respective amplitude spectra of the measured phase current responses show that from the pulse sequence suggestions at 100 kHz (similar to those of Fig. 6) result and at 166 kHz, wherein the intact state in Runaway ⁇ solid lines and the deteriorated state in shown by dashed lines;
  • Fig. IIA and IIB in diagrams similar to those of FIGS. 10A and 10B, the situation at a different scaled frequency axis zei ⁇ gen to represent the dependence of the changes in the sizes, with a maximum at about 500 kHz and a subsequent minimum at about 1 MHz ; and
  • FIG. 12 schematically shows perturbation display values calculated using a squared deviation of current frequency responses (box representation) for the case of 166 kHz pulse sequence excitation.
  • Figure 1 shows an illustration of a device 1 with an inverter 2, leads 3 and an alternator 4 with capacitances 5 as parasitic Comp ⁇ components.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate typical voltage pulse patterns (FIG. 2A) and voltage space pointer patterns (FIG. 2B).
  • FIG. 4 also shows an excitation voltage sequence 6 measured at a phase terminal of the machine 4, and FIG corresponding measured phase current response 7 resulting from this pulse sequence excitation in the corresponding phase.
  • FIG. 3 shows a schematic of a preferred embodiment of a device according to the invention for determining the deterioration of states of insulation in an electrical machine 4 on-line.
  • the apparatus shown in Fig. 3 is used for the online SUC ⁇ constricting monitoring of an electrical machine (eg. As an induction machine), which may be a single-phase or multi-phase machine, by way of example assumed three phases in Fig. 3 be, cf. also Fig. 1.
  • This machine 4 has a supply circuit or feed circuit 8 associated therewith with three power supply lines 3A, 3B and 3C (cable section 3) corresponding to the three phases; this supply circuit 8 also has an inverter 2 which provides the corresponding voltage signals to the machine 4; In addition, a DC connection capacity 8 assigned to the inverter 2 is shown.
  • the current i or the time derivative of the current (di / dt) in the individual phases 3A, 3B, 3C can be, for example, Rogowski sensors, which are known per se and are also referred to as CDI sensors. On the other hand, current sensors are also known and require no further explanation here.
  • the output signals of the sensors 9, 10, 11 are fed as Messsi ⁇ signals in a scanning device 12, which is realized with A / D converters (ADCs) 13, 14, 15, one for each phase 3A, 3B, 3C.
  • ADCs A / D converters
  • the output signals of the ADCs 13, 14, 15 are then supplied to window circuits 16, 17, 18, which are part of a processing unit 19 and set observation windows, ie time intervals for the measurement signals to be analyzed, after having been sampled.
  • the window circuits 16, 17, 18 are connected to a control unit 20 for the inverter 2, wherein this control unit 20 is, for example, a pulse width modulation (PWM) control unit, which corresponds in a manner known per se Issue switching commands to the inverter 2.
  • PWM pulse width modulation
  • the respective observation window ie the relevant observation period specified in the window circuits 16, 17, 18, and upon reaching the end of each window is the off ⁇ evaluation, ie the supply of samples from the ADCs 13, 14 and 15 to actual computer components 21, 22, 23 ended.
  • characteristic parameters are determined, which refer to the Stromsigna ⁇ le or signals indicative of the time derivative di / dt of the current namely, the excitation frequency and the frequency spectrum.
  • Index i indicates the values along the frequency axis of Y Amplitu ⁇ denspektrums and defines the frequency range considered. In this study, the signal shift was removed and the frequency range up to 3 MHz is used for the calculation. Index k indicates the excitation frequency used for the measurement.
  • phase-related IDI values with each other are compared in a further comparator and calculating unit 27, the computed phase-related IDI values with each other, and a spatial asymmetry thereof will be ⁇ calculated.
  • a further comparator and calculating unit 27 the computed phase-related IDI values with each other, and a spatial asymmetry thereof will be ⁇ calculated.
  • This is shown in the illustration of Fig. 7, where three phases are shown, and an asymmetry between phase Nos. 1, Pha ⁇ se 2 and phase 3 by dashed circles, and a result ⁇ are illustrated the black dot.
  • block 28 the phases 3A, 3B, 3C corresponding three IDI values, and the value for the spatial asymmetry with threshold values ver ⁇ adjusted supplied from an engine controller 29 and, in this controller 29 or a separate memory 31 is in accordance with pre- were saved.
  • the machine controller 29 may also be connected to the various modules 16 - 18, 21 - 23 and 24 - 26 of the processing unit 19.
  • the final analysis of the signals is carried out in an evaluation unit 30, i. H. the determination of a deterioration and its precise determination, in particular using the previous comparison results, and there is the activation of a warning level.
  • a capacitance C SC of 2.2 nF was HAD way between the terminal connection (z. B. U) and a tapping point (eg., 32) connected to a phase (Capa ⁇ capacity of phase-mass of the machine is approximately 2 nF), and the measured values are hereinafter referred to as "defective" (see also Fig. 8).
  • the results are shown in FIG. 9.
  • the pulse duration was set at 3 is what leads to the goal of reaching ⁇ cash maximum in practice excitation frequency of 166 kHz.
  • Fig. 9 the results for the machine 4 with intact insulation in Weggezo ⁇ gener full curve at 35 are shown.
  • the measured values with the plat ed ⁇ additional capacitance (defective) (5 in Fig. 8) are shown at 36 in dashed line.
  • Figure 9 the current response at the higher frequencies is clearly changed.
  • Performing a Fourier transform on the obtained measurement results in both the intact and the defective insulation design results in a current frequency amplitude spectrum 35 'and 36', respectively, shown in Figs. 10A and 10B.
  • the excitation frequency was set at 100 kHz (upper diagram, Fig. 10A, corresponding to 100 kHz) and 166 kHz (lower diagram, Fig. 10B).
  • the excitation frequency is denoted by a dashed rectangle 37 in each diagram.
  • the frequency range which is most sensitive to changes in the isolation system for the machine under consideration is between 300 kHz and 3 MHz in this test.
  • the frequency response of the machine can be determined by a series of measurements, each providing magnitude at the excitation frequency. This can be done when the new machine is put into operation to get the "good" frequency response.
  • the current response spectrum 36 ' is generally higher than that (35') / which is referred to as "intact”. This deviation may also be reversed at certain excitation frequencies, depending on the actual distribution of the parasitic capacitances 5 along the machine winding. So it is important for the calculation of indica ⁇ torwerts to consider the deviation of the frequency responses in both directions into consideration.
  • a simple way of realizing such an indicator calculation (IDI) for the deterioration of the iso- Real-time mapping is to determine the standard deviation along the frequency f according to (1).
  • the index i are the values along the frequency axis of the Am ⁇ plitudenspektrums Y and defines the considered Frequency Ranges ⁇ rich. In this study, the signal offset was removed and the frequency range up to 3 MHz was used for the calculation.
  • the index k indicates the excitation frequency used for the measurement.
  • FIG. 3 The illustration in Figure IIA, IIB shows the dependence of the deviations from ⁇ 35 '- 36' on the frequency (maximum at ⁇ 500 kHz, with a subsequent minimum at ⁇ 1 MHz); above 3 MHz, the sensitivity of the sensors used (9, 10, 11 in FIG. 3) decreases; and at ⁇ 4 MHz and above, one detects an inversion of the intact signal 35 'and defective signal 36'.
  • the box representation used in FIG. 12 shows the statistical properties of the calculated error indicator IDI.
  • box 38 represents the area in which 50% of these calculated IDI values are located.
  • a dotted line 39 indicates the mean.
  • the horizontal lines 40, 41 indicate the area in which 75% of the calculated IDI values are located.
  • the left-hand box representation, labeled "intact” on the horizontal axis represents the set of 33 calculated IDI values obtained on the machine 4 without additional capacity
  • the right-hand box representation, labeled "defective” represents the sentence of 33 IDI values obtained when an additional 2.2 nF capacity 5 is set between the port connection and a bleed point of a phase.
  • the additional capacity 5 is placed within a portion of a single phase, e.g. Phase U in Figure 8, only the response to the excitation in this phase has this visible significant change while the other phase responses remain nearly unchanged. Therefore, not only a hard Stel ⁇ lung changes in high-frequency properties, but also their spatial position can be detected by comparing the results of all three phase excitations are combined with each other at a given frequency to give a resultant pointers and in this way the spatial asymmetry of Determine frequency response, cf. also Fig. 7.
  • the frequency range for the measurements may be selected to cover that part which is most sensitive to changes in the parasitic capacitances of a winding insulation. Depending on the rated power of the machine 4, this frequency can range from a few hundred kHz (for high performance machines) to a few MHz (for lower power machines). As mentioned earlier, due to the limitation of the inverter hardware the maximum excitation frequency was 166 kHz at the ⁇ ser investigation. Above, a new method of detecting the deterioration of insulation has been presented. It is based on the frequency response of the machine current to a voltage excitation at a certain dominant frequency.
  • the excitation is accomplished by a voltage pulse sequence of the inverter 2 with a dominant fundamental wave equal to the desired excitation frequency.
  • the current response is measured using the built-in current sensors 9, 10, 11 of the inverter circuit 2.
  • the excitation frequency can be changed to cover the frequency range of the machine 4 that is most sensitive to changes in the intact state of a winding insulation. In this way, a frequency response curve of the engine 4 can be estimated. If the excitation pulse sequence is applied only in a single phase direction, it may be repeated in the remaining main phase directions to obtain spatial information about this current frequency response.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft die Feststellung des Zustandes einer Isolierung einer wechselrichtergespeisten Wechselstrommaschine (4), die durch den Wechselrichter (2) mit einer Spannung angeregt wird, durch die eine Stromreaktion der Maschine verursacht wird, wobei die Stromreaktion gemessen wird; die Maschine (4) wird mit einer Spannung in einem bestimmten Frequenzbereich über der Grundwelle der Maschine angeregt, die gemessene Stromreaktion wird mit mindestens einer vorab gemessenen und gespeicherten Referenzstromreaktion verglichen, und mögliche Veränderungen der gemessenen Stromreaktion in Bezug auf die mindestens eine Referenzstromreaktion des bestimmten Frequenzbereichs werden dazu verwendet, den Isolierungszustand zu bestimmen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Detektion des Zustands einer Isolie
runq einer Wechselstrommaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung des Zustands einer Isolierung einer wechselrichtergespeisten Wechselstrommaschine, wobei die Maschine durch den Wechselrichter mit ei¬ ner Spannung angeregt und durch diese Anregung eine Stromreaktion der Maschine hervorgerufen wird, wobei die Stromreaktion dann gemessen wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Feststellung des Zustands, insbesondere eines verschlechterten Zu¬ stands, einer Isolierung einer wechselrichtergespeisten Wechselstrommaschine, mit einer Wechselstrommaschine, die an einen Wech¬ selrichter angeschlossen ist, der dazu eingerichtet ist, die Ma¬ schine mit einer Spannung anzuregen, und mit mindestens einem Sensor zum Messen einer durch diese Anregung verursachten Stromreaktion der Maschine.
Erwartungen an moderne wechselrichtergespeiste Antriebe um¬ fassen einen durchgehenden Betrieb in schwieriger Umgebung mit erheblichen Lastzyklen und extremen Temperaturen. Trotz dieser Randbedingungen ist ein zuverlässiger und sicherer Betrieb mit minimaler vorbeugender Wartung ein Schlüsselfaktor für eine wachsende Anzahl von sicherheitskritischen Anwendungen.
Deshalb ist die Kenntnis des einwandfreien Zustands der Ma¬ schine ein wichtiger Punkt, der das Vorhandensein von Überwachs- systemen bedingt. In Bezug auf einen Maschinenausfall und das Ver¬ sagen eines Antriebs hat man festgestellt, dass statorbezogene Störungen die zweithäufigsten Störfälle mit ca. 35 % darstellen; von diesen statorbezogenen Störungen werden ungefähr 70 % durch Defekte des Isolierungssystems verursacht. Die Hauptgründe für Isolierungsdefekte sind verschiedene Belastungen wie zum Beispiel elektrische, thermische, thermomechanische, mechanische sowie um¬ weltbedingte Belastungen (Oslinger, J. L . ; Castro, L. C . ; „Corre- lation between Capacitance and Dissipation Factor used for Assess- ment of Stator Insulation, " World Academy of Science, Engineering and Technology, Waset, Band 63, Nr. 72, Seiten 365 - 371, 2012) .
Der eigentliche Verfall der Isolierung läuft zu Beginn übli¬ cherweise sehr langsam ab, beschleunigt sich dann aber bis hin zu einem tatsächlichen Fehlerzustand, z. B. einem Kurzschluss zwischen Windungen.
Die Auswirkung der thermischen-elektrischen Alterung bei langer Betriebszeit und schnellem Arbeitstakt wurde von Farahani, M.; Borsi, H.; Gockenbach, E . ; in „Study of capacitance and dissipati- on factor tip-up to evaluate the condition of insulating Systems for high voltage rotating machines," Electrical Engineering, Band 89, Nr. 4, Seiten 263 - 270, 2007 untersucht. Im Ergebnis und als Anzeichen des Alterungsprozesses kann man beobachten, dass die Wicklungskapazität mit fortschreitender Alterung abnimmt. Ein ähnlicher Trend der Abnahme der Wicklungskapazität wurde auch in Gru- bic, S . ; Aller, J. M.; Bin Lu; Habetier, T. G.; „A Survey on Tes- ting and Monitoring Methods for Stator Insulation Systems of Low- Voltage Induction Machines Focusing on Turn Insulation Problems," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Band 55, Nr. 12, Sei¬ ten 4127 - 4136, 2008, beobachtet.
In entsprechender Weise ist in der US 6,035,265 A ein System zum Erfassen von Statorwicklungs-Defekten beschrieben, wobei ein HF-Signal an den Stator angelegt und eine Überwachung auf eine Än¬ derung der Windungskapazitäten durchgeführt wird. Hiefür wird ein eigenes Meßgerät mit Strom- und Spannungssensoren sowie Rechenmit¬ teln vorgeschlagen.
Für einen Großteil der bekannten Isolierungsüberwachungsver- fahren werden spezielle Messeinrichtungen benötigt, die an modernen wechselrichtergespeisten Antrieben nicht verfügbar sind, oder es braucht Fachwissen im Bereich der Anwendung und Analyse. Zusätzlich müssen die Maschinen für den Großteil der Messungen ausgeschaltet werden, was bedeutet, dass nur eine offline erfolgende Überprüfung des Isolierungszustands der Maschinen möglich ist. Deshalb ist es wünschenswert, diese Randbedingungen zu vermeiden, und darüber hinaus den Wechselrichter als Quelle der Anregung zu verwenden und nur die Messsignale von Stromsensoren zu nutzen, die in modernen Antrieben vorhanden sind, um eine spezifische zusätz- liehe Ausrüstung für die beabsichtigte Überwachung zu vermeiden.
Moderne Industrieantriebe lassen sich in drei verschiedene Antriebskomponenten unterteilen: den Wechselrichter, die Verkabelung und die eigentliche Maschine mit ihren Wicklungen. Diese Kom¬ ponenten sind jeweils so ausgelegt, dass sie gute dynamische Ei¬ genschaften der Flussverkettung, des Drehmoments und der Drehzahl der Maschine im Grundfrequenzbereich von bis zu einigen Hundert Hertz gewährleisten. Daneben wird durch diese Komponenten aber auch ein parasitäres Verhalten im Bereich höherer Frequenzen verursacht. In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer typi¬ schen Anordnung 1 aus Wechselrichter-Kabel-Maschine abgebildet. Die Hauptkomponenten, die für das Verhalten bei der Grundfrequenz des Antriebs verantwortlich sind, sind mit 2 (Wechselrichter) , 3 (Kabel) und 4 (Maschine) bezeichnet. Die Hochfrequenzeigenschaften werden in erheblichem Maße von den parasitären Komponenten des Systems beeinflusst, die durch Kapazitäten, z. B. 5, kenntlich gemacht sind. Wie zu erkennen ist, führen die parasitären Kapazitä¬ ten von Kabel und Wicklungen wie zum Beispiel zwischen Phase-Mas¬ se, Phase-Phase, Spule-Spule und Windung-Windung zu einem komple¬ xen System mit sehr ausgeprägten Eigenschaften im höheren Frequenzbereich. Die Parameter dieser parasitären Kapazitäten 5 werden ihrerseits vom Isolierungssystem sowie durch dessen Verfassung beeinflusst, vgl. den vorstehend erwähnten Artikel von Farahani, M.; Borsi, H.; Gockenbach, E . ; „Study of capacitance and dissipa- tion factor tip-up to evaluate the condition of insulating Systems for high voltage rotating machines," Electrical Engineering, Band 89, Nr. 4, Seiten 263 - 270, 2007.
In Nussbaumer, P . ; Santin, C . ; Wolbank, T. M.; „Analysis of current reaction on inverter-switching to detect changes in electrical machine' s high-frequency behavior," 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, IECON, Seiten 1678 - 1683, 2012, und in der entsprechenden WO 2013/016750 A ist bereits vorgeschlagen worden, die Maschinenwicklungen mit einer Stufenspannung zu beaufschlagen und eine transiente Stromreaktion zu messen, die dann überabgetastet und ausgewertet wird, um eine Korrelation zwischen einer Veränderung dieser Stromreaktion und einer Verände- rung des komplexen Impedanzsystems zu erhalten, die sich aus einem Verfall des Isolierungssystems ergibt. Weitere Systeme mit Stufen- spannungs- bzw. Impuls-Beaufschlagung sind ferner aus Zoeller et al . : Stimulating and detecting changes in the insulation health state of inverter fed ac machines; 16th European Conference on Power Electronics and Applications; IEEE; 26. August 2014; Vogels- berger et al . : Online insulation condition monitoring of AC machines using ultra-ifast inverter switching transition based on new semi-conductor materials; PCIM Europe 2014. Power Electronics, Intelligent Motion, Power Quality and Energy Management; VDE Verlag GmbH; 22.-24. Mai 2014; Zöller et al . : Detecting insulation condition changes of inverter Fed AC machines based on two current Sen¬ sors and indirect phase step excitation; Power Electronics, Elec- trical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM) , IEEE; 2014 International Symposium; 18.-20. Juni 2014; Nussbaumer et al : Online detection of insulation degradation in inverter fed drive Systems based on high frequency current sampling; IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society; 7. November 2011; sowie aus der JP 2001141795 A bekannt. Dabei werden einerseits ebenfalls transiente Stromreaktionen ausgewertet; gemäß der JP 2001141795 A wird andererseits zwar ebenfalls ein Test-Impuls an die Wicklung angelegt, jedoch wird aus den sich ergebenden Spannungs- und Stromwerten ein Isolierungs-Widerstandswert be¬ stimmt, der mit einem gespeicherten Referenzwiderstand verglichen wird. Experimente haben gezeigt, dass diese Techniken gut arbei¬ ten; nichtsdestotrotz würde man sich jedoch gerne ein etwas einfacheres, aber dennoch effizientes System zur Überwachung des Isolierungszustands der Maschine wünschen.
Ein anderes Überwachungssystem ist in Perisse, F.; Werynski, P . ; Roger, D., „A New Method for AC Machine Turn Insulation Diagnostic Based on High Frequency Resonances," IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Band 14, Nr. 5, Seite 1308, 1315, Oktober 2007, offenbart; dieses System ist dazu gedacht, ge¬ ringfügige Schwankungen von Hochfrequenzresonanzen in der Wicklung einer Maschine zu erfassen, und es arbeitet in Verbindung mit sta¬ tistischen Daten, die aus Messungen in Bezug auf eine beschleunig- te Alterung eines magnetischen Drahts erhalten werden, der zum Aufbau der Maschine verwendet wurde.
Die vorliegende Erfindung zielt nun auf ein Verfahren und eine Vorrichtung ab, wie sie vorstehend für die Feststellung/Überwachung des Isolierungszustands von wechselrichtergespeisten Wechselstrommaschinen (z. B. Induktionsmaschinen) umrissen wurden, wobei gleichzeitig eine einfache Gerätschaft und eine hohe Effizienz möglich sind.
Hierzu schlägt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind; vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der Grundgedanke der vorgeschlagenen Abschätzung des Allgemeinzustands einer Isolierung besteht darin, die Maschine in einem spezifischen Hochfrequenzbereich anzuregen, der deutlich über der Grundwelle der Maschine liegt, die mit der mechanischen Drehzahl zusammenhängt und typischerweise nicht über 1 kHz hinausgeht. Die¬ se Anregung wird mittels des Wechselrichters erzielt, und es wird die Stromreaktion der Maschine in dem betrachteten Frequenzbereich gemessen. Dieser Frequenzbereich hängt von der Konstruktion der Maschine und ihrem Isolierungssystem ab. Bei Maschinen mit regellos gewickelter Statorwicklung und einer Nennleistung von bis zu 100 kW kann der Frequenzbereich typischerweise 300 kHz bis 10 MHz betragen. Bei Maschinen mit vorgeformten Statorspulen und einer Nennleistung im Megawattbereich und darüber kann der Frequenzbereich typischerweise 50 kHz bis 5 MHz betragen.
Es wäre festzuhalten, dass viele der derzeit erhältlichen Industriewechselrichter Spannungsimpulse nur hinab bis zu ein paar Mikrosekunden erzeugen können, was zu einer Anregung der Maschine im unteren Teil des Frequenzbereichs führt, der empfindlich auf Veränderungen der Isolierung reagiert, d. h. zu Anregungen im Bereich von um ca. 100 kHz. Mit der fortgeschrittenen Leistungshalbleitertechnologie (SiC, GaN) sind jedoch Schaltfrequenzen er¬ reichbar, die auch den oberen Teil des erwähnten Frequenzbereichs abdecken .
Wenn sich die parasitären Kapazitäten einer Maschine verän- dern, was beispielsweise zu einer Verschlechterung des Isolie¬ rungssystems führt, ist eine Veränderung der Stromreaktion der Maschine in einem bestimmten Frequenzbereich sichtbar. Diese Veränderungen können erfasst werden, wenn die von der über eine intakte Isolierung verfügenden Maschine erhaltenen Ergebnisse mit Messungen verglichen werden, die wiederholt im laufenden Betrieb mit bestimmten Intervallen vorgenommen werden. Die Länge dieser Intervalle kann im Bereich von ein paar Stunden bei schweren Betriebsbedingungen bis hin zu mehreren Wochen bei Anwendungen mit geringer zusätzlicher Belastung liegen.
Wie bereits erwähnt, erfolgt die Anregung der Maschine in ei¬ nem spezifischen Frequenzbereich. Da der Wechselrichter eine Spannungsanregung bewerkstelligen kann, kann er direkt verwendet werden, indem er eine spezielle Spannungsfolge mit einer bestimmten dominierenden Frequenz erzeugt. Ein typisches Spannungsimpulsmus¬ ter ist schematisch in Fig. 2A abgebildet, in der eine Erregung in Einphasenrichtung mit einer dominanten Frequenz von 100 kHz gezeigt ist. Es besteht aus einer Sequenz von räumlich parallelen Spannungsraumzeigern, die in die entgegengesetzte Richtung einer Phase zeigen (z. B. u+, u-, u+, u-; vgl. Fig. 2A und auch 2B) . Da jeder Impuls eine Dauer von 5 με hat, wird eine dominante Grund¬ frequenz von 100 kHz angeregt.
Moderne Industriewechselrichter, die in Ansteueranwendungen verwendet werden, sind üblicherweise nicht dafür ausgelegt, konti¬ nuierlich eine Impulssequenz in dem Frequenzbereich anzulegen, der gegenüber Veränderungen des Allgemeinzustands einer Isolierung am empfindlichsten ist. Deshalb wird die Maschine nur mit einer Se¬ quenz von wenigen, sehr kurzen Impulsen in einer spezifischen Phasenrichtung beaufschlagt. Bei Verwendung der Ansteuerungswechsel- richtertechnologie, die derzeit in industriellem Maßstab verfügbar ist (Bipolartransistor mit isoliertem Gate, IGBT) , liegt die obere erzielbare Anregungsfrequenz im Bereich von einigen hundert kHz.
Eine alternative Art der Anregung kann eine räumlich rotie¬ rende Anregung sein, bei der die dominante Grundwelle durch die aufeinanderfolgende Anwendung von benachbarten 60°-Spannungszei- gern erzeugt wird, um eine elektrische Umdrehung innerhalb des ge- wünschten Zeitraums zu erzeugen, vgl. Fig. 2B. In Fig. 4 ist die an den Maschinenanschlüssen gemessene Spannung abgebildet, die sich aus einer Erregung in einer Phase (vgl. Fig. 2A) ergibt. Wie man sehen kann, liegt dort eine dominierende Grundwellenspannung mit einer Frequenz von ungefähr 100 kHz vor.
Es muss erwähnt werden, dass durch die Blockier-Totzeit eines Wechselrichters und aufgrund anderer nicht idealer Eigenschaften des Wechselrichters das tatsächliche Spannungsanregungssignal ver¬ zerrt wird, was zu zusätzlichen Anregungsfrequenzen führt. Der sich daraus ergebende Strom wird unter Verwendung der Stromsenso¬ ren gemessen, die in standardmäßigen Industriewechselrichtern vorhanden sind. Diese Art von Sensoren verfügt üblicherweise über einen Frequenzbereich, der gemäß dem Hersteller auf ein paar Hundert kHz festgelegt ist. Über dieser Frequenz ist deren Genauig¬ keit reduziert, wobei ihre Transferfunktion aber dennoch reprodu¬ zierbar ist, da sie als Stromtransformatoren wirken. Fig. 5 stellt die gemessene Stromreaktion auf eine Spannungsanregung mit 100 kHz gemäß Fig. 2A dar. Wie zu sehen ist, liegt eine dominante Hochfre¬ quenzschwingung vor, die durch den steilen Spannungsanstieg ausgelöst wird, der die Reaktion im interessierenden Frequenzbereich überdeckt, wenn man den Zeitverlauf betrachtet. Die Anwendung ei¬ ner Fourier-Transformation auf das gemessene Stromsignal zeigt, dass diese Schwingungen in Verbindung mit den zusätzlichen Anregungsfrequenzen aufgrund der erwähnten nicht idealen Eigenschaften des Wechselrichters zu zusätzlichen oberen Frequenzbändern im Amplitudenspektrum führen. Für die Anregungsfrequenz zusammen mit allen oberen Frequenzbändern wird eine Stromantwort erhalten, die bei diesen Frequenzen von der Maschinenimpedanz beeinflusst ist.
Wegen der verminderten Genauigkeit der Stromsensoren im höheren Frequenzbereich können die tatsächlichen Größen des Stromamplitudenspektrums nicht direkt zur Überwachung des einwandfreien Zustands einer Isolierung genutzt werden. Weil aber die Transferfunktion der Stromsensoren reproduzierbar ist, können Referenzmessungen vorgenommen werden, wenn ein neuer Antrieb in Dienst gestellt wird, der eine Maschine mit einer intakten Isolierung ent¬ hält, und diese Amplitudenspektren können dann mit Messungen ver- glichen werden, die bei derselben Anregungsfrequenz, aber nach einer bestimmten Betriebsdauer vorgenommen werden, wenn der Verfall der Isolierung bereits eingesetzt hat.
Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise kann an allen Pha¬ sen wiederholt werden, um die Möglichkeit zu erhalten, Veränderungen der einzelnen Phasenergebnisse in Bezug auf die Referenzmes¬ sung zu vergleichen. Somit kann die räumliche Asymmetrie der Ma¬ schine bei der spezifischen Anregungsfrequenz mit Bezug auf die erwähnten Referenzmessungen berechnet werden. Durch Vergleichen der Ergebnisse der Phase Nr. 1, 2 und 3 in Verbindung mit der räumlichen Ausrichtung der Phasen kann somit ein Maß für die räumliche Asymmetrie erhalten werden.
Bei Veränderung der Zeitpunkte der einzelnen Schaltbefehle in Fig. 2A kann die Anregungsfrequenz geändert werden, und mittels der Ergebnisse lässt sich daher ein Maß für die Frequenzantwort der Maschine bestimmen.
Vorteilhafterweise werden für die Referenzstromreaktionen wie auch für die danach gemessene Stromreaktion mehrere Messungen nacheinander vorgenommen.
Vorzugsweise wird ein Indikator (IDI - insulation degradation indicator) für die Verschlechterung der Isolierung in Echtzeit auf Grundlage der Abweichung der gemessenen Stromreaktion von der mindestens einen Referenzstromreaktion bestimmt. Dieser IDI kann beruhend auf (Abweichung vom quadratischen Mittelwert) der Bestimmung einer Standardabweichung der Stromreaktionen über den Frequenzbereich hinweg berechnet werden.
Dementsprechend ist die vorliegende Vorrichtung zur Feststel¬ lung des Zustands, insbesondere eines verschlechterten Zustands, einer Isolierung einer wechselrichtergespeisten Wechselstrommaschine dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter dazu einge¬ richtet ist, die Maschine mit einer Spannung in einem bestimmten Frequenzbereich über der Grundwelle der Maschine anzuregen, und dass mindestens ein Komparator vorgesehen ist, der dazu eingerichtet ist, um die gemessene Stromreaktion der Maschine mit mindes¬ tens einer Referenzstromreaktion zu vergleichen, die zuvor an der intakten Maschine verursacht und gemessen und gespeichert wurde, und mögliche Veränderungen der gemessenen Stromreaktion in Bezug auf die mindestens eine Referenzstromreaktion zu bestimmen, um auf Grundlage dieser Veränderungen den Isolierungszustand zu bestim¬ men .
Wie bereits erwähnt, wird die Stromreaktion vorzugsweise mit Hilfe mindestens eines Stromsensors gemessen, der bereits in der Wechselrichterschaltung vorhanden ist; außerdem ist es vorteilhaft, wenn der bestimmte Frequenzbereich für die Spannung 50 kHz bis 5 MHz, vorzugsweise 300 kHz bis 3 MHz, mindestens bis 1,5 MHz beträgt; und/oder wenn der Wechselrichter dazu eingerichtet ist, als Anregungsspannung eine Impulssequenz auszugeben.
Eine bevorzugte Aus führungs form ist des Weiteren gekennzeichnet durch mindestens eine Berechnungseinheit, die eingerichtet ist, um einen Indikator (IDI) für die Verschlechterung der Isolierung auf Grundlage der Abweichung der gemessenen Stromreaktion von der mindestens einen Referenzstromreaktion zu berechnen. Hier ist es besonders vorteilhaft, wenn die Berechnungseinheit dazu einge¬ richtet ist, den Indikator für die Verschlechterung der Isolierung auf der Grundlage einer Anzahl von Stromreaktionsmessungen und beruhend auf einer Standardabweichung der Stromreaktionen über den Frequenzbereich hinweg zu berechnen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn im Falle einer mehrpha¬ sigen Maschine, z. B. einer dreiphasigen Maschine, die Werte für den Indikator (IDI) für die Verschlechterung der Isolierung für jede Phase berechnet werden und hieraus eine mögliche räumliche Asymmetrie berechnet wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun näher anhand von bevorzug¬ ten Aus führungs formen offenbart, die in den Zeichnungen gezeigt sind, in denen:
Fig. 1 eine Abbildung eines typischen Aufbaus von Antriebskomponenten zeigt, welche das elektrische Verhalten bei niedriger Frequenz und hoher Frequenz beeinflussen;
Fig. 2A und 2B typische Wechselrichter-Impulssequenz-Schalt- befehle zeigen, um eine Wechselstrommaschine anzuregen, und zwar in Form einer Einzelphasenanregung mit 100 kHz (Fig. 2A) und in Form einer rotierenden Anregung (Fig. 2B) ; Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Aus führungs form der vorliegenden Vorrichtung zeigt;
Fig. 4 ein Beispiel einer Anregungsspannungssequenz zeigt, die an einem Maschinenphasenanschluss gemessen wurde (100 kHz);
Fig. 5 ein Diagramm der gemessenen Phasenstromreaktion zeigt, die sich aus der Impulssequenzanregung von Fig. 4 ergibt;
Fig. 6 ein Diagramm des Amplitudenspektrums der gemessenen Phasenstromreaktion zeigt, die sich aus der Impulssequenzanregung von Fig. 4 ergibt (100 kHz);
Fig. 7 in einer schematischen Darstellung die Bestimmung der räumlichen Asymmetrie einer Maschine bei einer Anregungsfrequenz beruhend auf einem Vergleich von Ergebnissen der einzelnen Phasen zeigt ;
Fig. 8 schematisch die Anordnung einer Kapazität an einer Statorwicklung einer Maschine darstellt, um einen Allgemeinzustand mit verschlechterter Isolierung zu simulieren;
Fig. 9 ein Diagramm der gemessenen Stromreaktion ähnlich demjenigen von Fig. 5 zeigt, wobei sich dieses aber aus einer Impulssequenzanregung mit 166 kHz ergibt, wobei der einwandfreie Zu¬ stand in einer schwarzen durchgezogenen Linie und der verschlechterte Zustand mit einer gestrichelten Linie gezeigt ist;
Fig. 10A und 10B Diagramme der entsprechenden Amplitudenspektren der gemessenen Phasenstromreaktionen zeigen, die sich aus den Impulssequenzanregungen bei 100 kHz (ähnlich denjenigen von Fig. 6) und bei 166 kHz ergeben, wobei der intakte Zustand in durchge¬ zogenen Linien und der verschlechterte Zustand in gestrichelten Linien gezeigt ist;
Fig. IIA und IIB in Diagrammen ähnlich denen von Fig. 10A und 10B die Situation bei einer anders skalierten Frequenzachse zei¬ gen, um die Abhängigkeit der Veränderungen der Größen darzustellen, mit einem Maximum bei ungefähr 500 kHz und einem darauffolgenden Minimum bei ungefähr 1 MHz; und
Fig. 12 für den Fall einer Impulssequenzanregung bei 166 kHz schematisch Störungsanzeigewerte zeigt, die unter Verwendung einer quadrierten Abweichung von Stromfrequenzantworten berechnet werden (Kästchendarstellung) . Wie vorstehend bereits erwähnt, zeigt Fig. 1 eine Abbildung einer Anordnung 1 mit einem Wechselrichter 2, Kabeln 3 und einer Wechselstrommaschine 4, mit Kapazitäten 5 als parasitären Kompo¬ nenten; und Fig. 2A und 2B stellen typische Spannungsimpulsmuster (Fig. 2A) und Spannungsraumzeigermuster (Fig. 2B) dar. Weiter zeigt Fig. 4 eine Anregungsspannungssequenz 6, die an einem Pha- senanschluss der Maschine 4 gemessen wurde, und Fig. 5 zeigt die entsprechende gemessene Phasenstromreaktion 7, die sich aus dieser Impulssequenzanregung in der entsprechenden Phase ergibt.
Fig. 3 zeigt eine Schemadarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur online erfolgenden Feststellung der Verschlechterung von Zuständen von Isolierungen in einer elektrischen Maschine 4.
Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung wird für die online erfol¬ gende Überwachung einer elektrischen Maschine (z. B. einer Induktionsmaschine) verwendet, bei der es sich um eine einphasige oder mehrphasige Maschine handeln kann, wobei in Fig. 3 beispielhalber drei Phasen angenommen werden, vgl. auch Fig. 1. Diese Maschine 4 hat eine ihr zugeordnete Versorgungsschaltung oder Speiseschaltung 8 mit drei Stromzufuhrleitungen 3A, 3B und 3C (Kabelabschnitt 3), die den drei Phasen entsprechen; diese Versorgungsschaltung 8 weist auch einen Wechselrichter 2 auf, der die entsprechenden Spannungssignale für die Maschine 4 bereitstellt; zusätzlich ist eine dem Wechselrichter 2 zugeordnete Gleichstromanschlusskapazität 8 dargestellt.
In den einzelnen Phasenleitern 3A, 3B, 3C sind entsprechende Sensoren 9, 10, 11 angeordnet, die im vorliegenden Fall, für die vorliegende Technik, dazu dienen, den Strom i oder die zeitliche Ableitung des Stroms (di/dt) in den einzelnen Phasen 3A, 3B, 3C zu erfassen. Die Stromableitungssensoren können zum Beispiel Rogowski-Sensoren sein, die per se bekannt sind und auch als CDI-Senso- ren bezeichnet werden. Stromsensoren sind andererseits ebenfalls bekannt und bedürfen hier auch keiner weiteren Erläuterung.
Die Ausgangssignale der Sensoren 9, 10, 11 werden als Messsi¬ gnale in eine Abtastvorrichtung 12 eingespeist, die mit A/D-Wand- lern (ADCs) 13, 14, 15 realisiert ist, einer für jede Phase 3A, 3B, 3C. Die Abtastraste ist hoch genug, um eine genaue Bestimmung der Messsignale zu gewährleisten.
Die Ausgangssignale der ADCs 13, 14, 15 werden dann Fensterschaltungen 16, 17, 18 zugeführt, die Teil einer Verarbeitungseinheit 19 sind und Beobachtungsfenster, d. h. Zeitintervalle für die zu analysierenden Messsignale festlegen, nachdem sie abgetastet wurden. Hierzu sind die Fensterschaltungen 16, 17, 18 an eine Steuereinheit 20 für den Wechselrichter 2 angeschlossen, wobei es sich bei dieser Steuereinheit 20 zum Beispiel um eine Pulsweiten- modulations- ( PWM) -Steuereinheit handelt, die in an sich bekannter Art und Weise entsprechende Schaltbefehle an den Wechselrichter 2 ausgibt. Beruhend auf diesen Schalt- oder Steuersignalen wird dann das jeweilige Beobachtungsfenster, d. h. der relevante Beobachtungszeitraum, in den Fensterschaltungen 16, 17, 18 festgelegt, und beim Erreichen des Endes des jeweiligen Fensters wird die Aus¬ wertung, d. h. die Zuführung von Abtastwerten von den ADCs 13, 14 und 15 zu eigentlichen Computerkomponenten 21, 22, 23 beendet.
In diesen Computerkomponenten 21, 22, 23, d. h. allgemein in der eigentlichen Berechnungs- (Verarbeitungs- ) Einheit 19, werden charakteristische Parameter bestimmt, die sich auf die Stromsigna¬ le oder die Signale beziehen, die die zeitliche Ableitung di/dt des Stroms anzeigen, nämlich die Anregungsfrequenz und das Frequenzspektrum.
Die erhaltenen Werte werden dann einer jeweiligen Komparator- einheit 24, 25, 26 zugeführt, in der der Vergleich mit einem entsprechenden Referenzfrequenzspektrum durchgeführt wird, wobei die letzteren Parameter vorab in einem Messvorgang an einer ordnungsgemäß funktionierenden Maschine 4 gewonnen wurden. Danach wird wieder für jede Phase ein Indikator - IDI - für den Verfall der Isolierung gemäß nachstehender Gleichung 1 berechnet:
Figure imgf000014_0001
Index i gibt die Werte entlang der Frequenzachse des Amplitu¬ denspektrums Y an und definiert den betrachteten Frequenzbereich. Bei dieser Untersuchung wurde die Signalverschiebung entfernt und der Frequenzbereich bis zu 3 MHz zur Berechnung herangezogen. Index k gibt die für die Messung verwendete Anregungsfrequenz an.
Daraufhin werden in einer weiteren Komparator- und Berechnungseinheit 27 die berechneten phasenbezogenen IDI-Werte miteinander verglichen, und hieraus wird eine räumliche Asymmetrie be¬ rechnet. Dies ist in der Abbildung von Fig. 7 dargestellt, wo drei Phasen gezeigt sind und eine Asymmetrie zwischen Phase Nr. 1, Pha¬ se 2 und Phase 3 durch gestrichelte Kreise und einen resultieren¬ den schwarzen Punkt dargestellt sind. Als Nächstes werden gemäß Block 28 die den Phasen 3A, 3B, 3C entsprechenden drei IDI-Werte und der Wert für die räumliche Asymmetrie mit Schwellenwerten ver¬ glichen, die von einer Maschinensteuerung 29 geliefert werden und in dieser Steuerung 29 oder einem separaten Speicher 31 vorab gespeichert wurden. Die Maschinensteuerung 29 kann auch an die verschiedenen Module 16 - 18, 21 - 23 und 24 - 26 der Verarbeitungseinheit 19 angeschlossen sein.
Nach Ausführung der Vergleiche wird in einer Auswertungseinheit 30 die abschließende Analyse der Signale vorgenommen, d. h. die Bestimmung einer Verschlechterung und deren genaue Feststellung, insbesondere unter Verwendung der vorgehenden Vergleichsergebnisse, und es erfolgt die Aktivierung einer Warnstufe.
Alle früheren Messergebnisse wurden mit einer Maschine 4 mit intaktem Isolierungssystem gewonnen. Es handelt sich um Referenzmessungen und sie werden hier als „einwandfrei" bezeichnet. Um einen Zustand verschlechterter Isolierung nachzubilden, ist die bei diesem Aufbau verwendete Maschine 4 mit zusätzlichen Anzapf¬ punkten 32, 33, 34 an den Phasenwicklungen ausgestattet, vgl. auch Fig. 8. Durch Anschließen einer Kapazität 5 (CSChadhaft) zwischen ei¬ nem Anzapfpunkt 32 und dem Phasenanschluss (z. B. U) , einem ande¬ ren Anzapfpunkt 33 (oder 34) der Maschine, oder dem Massean- schluss, können die spezifischen Werte der parasitären Kapazität erhöht werden, womit ein Zustand mit schadhafter Isolierung nachgebildet werden kann. Die Veränderung der Kapazität ist vergleichbar mit den Ergebnissen der Untersuchungen in Farahani, M.; Borsi, H.; Gockenbach, E . ; „Study of capacitance and dissipation factor tip-up to evaluate the condition of insulating Systems for high voltage rotating machines," Electrical Engineering, Band 89, Nr. 4, Seiten 263 - 270, 2007, oder Perisse, F.; Werynski, P . ; Roger, D., „A New Method for AC Machine Turn Insulation Diagnostic Based on High Frequency Resonances," IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Band 14, Nr. 5, Seite 1308, 1315, Oktober 2007.
Dieser nachgebildete Zustand einer schadhaften Isolierung wurde in der folgenden Messreihe realisiert. Eine Kapazität CSChad- haft von 2,2 nF wurde zwischen der Anschlussverbindung (z. B. U) und einem Anzapfpunkt (z. B. 32) einer Phase angeschlossen (die Kapa¬ zität von Phase-Masse der Maschine beträgt ungefähr 2 nF) , und die Messwerte sind im Folgenden als „schadhaft" bezeichnet (siehe auch Fig. 8) .
Die Ergebnisse sind in Fig. 9 abgebildet. Die Pulsdauer wurde auf 3 is festgesetzt, was zu einer maximal in der Praxis erreich¬ baren Anregungsfrequenz von 166 kHz führt. In Fig. 9 sind die Ergebnisse für die Maschine 4 mit intakter Isolierung in durchgezo¬ gener voller Kurve bei 35 dargestellt. Die Messwerte mit der plat¬ zierten zusätzlichen Kapazität (schadhaft) (5 in Fig. 8) sind bei 36 in unterbrochener Linie gezeigt. Wie man bereits im Zeitbereich (Fig. 9) sehen kann, ist die Stromreaktion bei den höheren Frequenzen ganz klar verändert.
Die Durchführung einer Fourier-Transformation an den erhaltenen Messergebnissen sowohl bei dem Aufbau mit intakter als auch bei demjenigen mit schadhafter Isolierung ergibt ein Stromfrequenz-Amplitudenspektrum 35' bzw. 36', die in Fig. 10A und 10B gezeigt sind. Hier wurde die Anregungsfrequenz auf 100 kHz (oberes Diagramm, Fig. 10A, entsprechend 100 kHz) und 166 kHz festgelegt (unteres Diagramm, Fig. 10B) .
Die Anregungsfrequenz ist in jedem Diagramm mit einem gestrichelten Rechteck 37 bezeichnet.
Der Frequenzbereich, der auf Veränderungen des Isolierungssystems für die betrachtete Maschine am empfindlichsten reagiert, liegt bei dieser Untersuchung zwischen 300 kHz und 3 MHz. Wenn man die Anregungsfrequenz so ändert, dass sie diesen Frequenzbereich abdeckt, und den Wert der Amplitudenspektrums nur im Bereich um die Anregungsfrequenz herum verwendet, kann die Frequenzantwort der Maschine durch eine Reihe von Messungen bestimmt werden, die jeweils die Größe bei der Anregungsfrequenz liefern. Dies kann durchgeführt werden, wenn die neue Maschine in Betrieb genommen wird, um die „einwandfreie" Frequenzantwort zu erhalten.
Wenn man die zusätzliche Kapazität 5 platziert (schadhafte Isolierung) , ist die Veränderung des Amplitudenspektrums bereits bei den beiden in Fig. 10A und 10B abgebildeten Anregungsfrequenzen deutlich sichtbar. Eine Möglichkeit, einen Indikator für einen Zustand mit unzureichender Isolierung zu berechnen, besteht darin, erneut eine Messreihe zur Abdeckung des Frequenzbereichs durchzu¬ führen und erneut die Frequenzantwort zu bestimmen, wie vorstehend beschrieben. Zieht man die frequenzabhängige Abweichung zwischen „schadhafter" und „intakter" Frequenzantwort heran, erhält man ein Maß für die Veränderung des Isolierungszustands.
Als Alternative zur Veränderung der Anregungsfrequenz und zur Bestimmung der Frequenzantwort über den erwähnten Frequenzbereich hinweg ist es auch möglich, das Amplitudenspektrum einer intakten und einer schadhaften Maschinenanlage zu vergleichen, wie in Fig. 10A und 10B für eine Einzelanregungsfrequenz dargestellt ist. Betrachtet man nicht nur die Größe bei der Anregungsfrequenz, sondern auch die oberen Frequenzbänder, womit der interessierende Frequenzbereich abgedeckt wird, kann auch eine frequenzabhängige Abweichung des schadhaften Spektrums vom intakten Spektrum berechnet werden. Diese Vorgehensweise wurde nachstehend gewählt, wie nachfolgend beschrieben wird.
In den Messungen (Fig. 10A, 10B) ist das mit „schadhaft" bezeichnete Stromantwortspektrum 36' allgemein höher als dasjenige (35')/ das als „intakt" bezeichnet wird. Diese Abweichung kann bei bestimmten Anregungsfrequenzen je nach der tatsächlichen Verteilung der parasitären Kapazitäten 5 entlang der Maschinenwicklung auch umgekehrt sein. Also ist es für die Berechnung eines Indika¬ torwerts wichtig, die Abweichung der Frequenzantworten in beiden Richtungen in Betracht zu ziehen.
Eine einfache Möglichkeit zur Realisierung einer solchen Berechnung eines Indikators (IDI) für die Verschlechterung der Iso- lierung in Echtzeit besteht darin, die Standardabweichung entlang der Frequenz f gemäß (1) zu bestimmen.
Figure imgf000018_0001
Der Index i gibt die Werte entlang der Frequenzachse des Am¬ plitudenspektrums Y an und definiert den betrachteten Frequenzbe¬ reich. Bei dieser Untersuchung wurde der Signaloffset entfernt und der Frequenzbereich bis zu 3 MHz zur Berechnung herangezogen. Der Index k gibt die für die Messung verwendete Anregungsfrequenz an.
Diese Vorgehensweise wurde für eine Anregungsfrequenz k von 166 kHz realisiert, wie in Fig. IIA (100 kHz) und IIB (166 kHz) gezeigt ist, und zwar für eine Reihe von 33 Messungen, die unmit¬ telbar nacheinander vorgenommen wurden, wobei eine Messreihe für den „intakten" Aufbau durchgeführt wurde, und nach Platzierung ei¬ ner zusätzlichen Kapazität eine weitere Reihe von 33 Messungen an dem „schadhaften" Aufbau vorgenommen wurde. Somit lassen sich die statistischen Eigenschaften der berechneten IDI-Werte erkennen. Die berechneten Indikatorwerte werden für die intakte Konfigurati¬ on auf den Wert 1 skaliert. Jeder Anstieg der Werte über dieses Niveau hinaus zeigt daher eine Veränderung der Hochfrequenzantwort der Maschine 4 an.
Die Abbildung in Fig. IIA, IIB zeigt die Abhängigkeit der Ab¬ weichungen 35' - 36' von der Frequenz (Maximum bei ~ 500 kHz, mit einem darauffolgenden Minimum bei ~ 1 MHz); über 3 MHz nimmt die Empfindlichkeit der verwendeten Sensoren (9, 10, 11 in Fig. 3) ab; und bei ~ 4 MHz und darüber stellt man eine Inversion des intakten Signals 35' und schadhaften Signals 36' fest.
Die in Fig. 12 verwendete Kästchendarstellung zeigt die statistischen Eigenschaften des berechneten Fehlerindikators IDI . Unter Verwendung einer Messreihe und von so berechneten IDI-Werten (in dem betrachteten Fall sind es 33) gibt das Kästchen 38 den Bereich wieder, in welchem 50 % dieser berechneten IDI-Werte angesiedelt sind. Eine gepunktete Linie 39 bezeichnet den Mittelwert. Die Horizontallinien 40, 41 geben den Bereich an, in welchem sich 75 % der berechneten IDI-Werte befinden. Die linke Kästchendarstellung, die auf der Horizontalachse mit „intakt" bezeichnet ist, stellt den Satz von 33 berechneten IDI-Werten dar, die an der Maschine 4 ohne zusätzliche Kapazität erhalten werden. Die rechte Kästchendarstellung, mit „schadhaft" bezeichnet, stellt den Satz von 33 IDI-Werten dar, die erhalten werden, wenn eine zusätzliche Kapazität 5 mit 2,2 nF zwischen die Anschlussverbindung und einem Anzapfpunkt einer Phase gesetzt wird.
In Fig. 12 ist zu sehen, dass bei demselben Maschinenaufbau aufgrund des Messrauschens und anderer nicht idealer Eigenschaften kleine Abweichungen der berechneten IDI-Werte erhalten werden. Unter Verwendung einfacher statistischer Maßnahmen wie etwa der Mittelwertberechnung kann die Konfiguration mit schadhafter Isolierung jedoch deutlich von den Referenzmessungen getrennt werden.
Weil die zusätzliche Kapazität 5 innerhalb eines Teils einer einzelnen Phase platziert ist, z. B. Phase U in Fig. 8, hat nur die Reaktion auf die Anregung in dieser Phase diese sichtbare deutliche Veränderung, während die anderen Phasenreaktionen nahezu unverändert bleiben. Deshalb lässt sich nicht nur eine Feststel¬ lung der Veränderung von Hochfrequenzeigenschaften, sondern auch von deren räumlicher Position erfassen, indem die Ergebnisse aller dreier Phasenanregungen bei einer bestimmten Frequenz miteinander kombiniert werden, um einen resultierenden Zeiger zu ergeben und auf diese Weise die räumliche Asymmetrie der Frequenzantwort zu bestimmen, vgl. auch Fig. 7.
Wenn der Antrieb einen Wechselrichter 2 aufweist, der Anregungsfrequenzen von 1 MHz oder darüber hinaus bewerkstelligen kann, kann der Frequenzbereich für die Messungen so gewählt werden, dass er auch diesen Teil abdeckt, der gegenüber Veränderungen der parasitären Kapazitäten einer Wicklungsisolierung am empfindlichsten reagiert. Je nach der Nennleistung der Maschine 4 kann diese Frequenz von ein paar Hundert kHz (für Hochleistungsmaschinen) bis zu ein paar MHz (für Maschinen mit geringerer Leistung) betragen. Wie bereits erwähnt, betrug aufgrund der Beschränkung der Wechselrichterhardware die maximale Anregungsfrequenz bei die¬ ser Untersuchung 166 kHz. Vorstehend wurde ein neues Verfahren zur Detektion der Verschlechterung einer Isolierung präsentiert. Es beruht auf der Frequenzantwort des Maschinenstroms auf eine Spannungsanregung mit einer bestimmten dominanten Frequenz. Die Anregung wird durch eine Spannungsimpulssequenz des Wechselrichters 2 mit einer dominanten Grundwelle bewerkstelligt, die der gewollten Anregungsfrequenz gleicht. Die Stromantwort wird unter Verwendung der eingebauten Stromsensoren 9, 10, 11 der Wechselrichterschaltung 2 gemessen. Die Anregungsfrequenz kann so geändert werden, dass sie den Frequenzbereich der Maschine 4 abdeckt, der auf Veränderungen des intakten Zustands einer Wicklungsisolierung am empfindlichsten reagiert. Auf diese Weise kann eine Frequenzantwortkurve der Maschine 4 abgeschätzt werden. Wenn die Anregungsimpulssequenz nur in einer Einzelphasenrichtung angelegt wird, kann sie in den verbleibenden Hauptphasenrichtungen wiederholt werden, um eine räumliche Information über diese Stromfrequenzantwort zu erhalten.
Wenn sich der intakte Zustand der Isolierung der Maschinenwicklung verschlechtert, ändern sich die parasitären Kapazitäten der Wicklung und somit auch die Hochfrequenzeigenschaften in dem betrachteten Frequenzbereich (50 kHz bis 10 MHz) . Durch den Vergleich der von einer neuen (intakten) Maschine erhaltenen Frequenzantwort mit derjenigen einer Maschine mit deutlich verschlechterter Isolierung kann deshalb eine Veränderung der beiden Frequenzantworten bestimmt werden. Da die Bestimmungsmessungen mittels eines standardmäßigen Wechselrichters ohne zusätzliche Sensoren ausgeführt werden können, ist eine online erfolgende Überwachung der Maschine möglich. Demnach kann eine Verschlechterung des Isolierungssystems erfasst werden, bevor ein tatsächlicher Kurzschluss zwischen Windungen auftritt oder sich ein Kurz- schluss zwischen Phase und Masse ergibt. Infolgedessen die Wartung zeitlich geplant und unvorhergesehene Ausfälle oder Betriebsunter¬ brechungen können vermieden werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Feststellung des Zustands einer Isolierung einer wechselrichtergespeisten Wechselstrommaschine, wobei die Maschine (4) durch den Wechselrichter (2) mit einer Spannung angeregt, und durch diese Anregung eine Stromreaktion der Maschine verursacht wird, wobei die Stromreaktion gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (4) mit einer Spannung in einem bestimmten Frequenzbereich über der Grundwelle der Maschine angeregt wird, dass die gemessene Stromre¬ aktion mit mindestens einer vorab gemessenen und gespeicherten Referenzstromreaktion verglichen wird, und dass mögliche Veränderungen der gemessenen Stromreaktion in Bezug auf die mindestens eine Referenzstromreaktion des bestimmten Frequenzbereichs dazu verwendet werden, den Isolierungszustand zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromreaktion mit Hilfe mindestens eines Stromsensors (9, 10, 11) gemessen wird, der bereits in der Wechselrichterschaltung vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Frequenzbereich für die Spannung 50 kHz bis 5 MHz, vorzugsweise 300 kHz bis 3 MHz, und mindestens bis 1, 5 MHz beträgt .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselrichterimpulssequenz als Anregungsspannung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Messen der Stromreaktion zusätzlich zur Anregungsfrequenz auch obere Frequenzbänder betrachtet werden, um den interessierenden Frequenzbereich abzudecken, wenn eine frequenzabhängige Abweichung der Stromreaktion von der Referenzstromreaktion berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den gemessenen Stromreaktionen eine Fourier-Transformation durchgeführt wird und Unterschiede in der Größe der Stromreaktionssignale dazu verwendet werden, den Isolierungszustand zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Referenzstromreaktionen sowie für die danach gemessene Stromreaktion mehrere Messungen nacheinander vorgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Indikator (IDI) für die Verschlechterung der Isolierung in Echtzeit auf Grundlage der Abweichung der gemessenen Stromreaktion von der mindestens einen Referenzstromreaktion bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wenn von Anspruch 7 abhängig, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator (IDI) für die Verschlechterung der Isolierung auf Grundlage der Bestimmung einer Standardabweichung der Stromreaktionen über den Frequenzbereich hinweg berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mehrphasigen Maschine , z. B. einer dreiphasi¬ gen Maschine (4), Werte für den Indikator (IDI) für die Verschlechterung der Isolierung für jede Phase berechnet werden und daraus eine mögliche räumliche Asymmetrie berechnet wird.
Vorrichtung zur Feststellung des Zustands, insbesondere eines verschlechterten Zustands, einer Isolierung einer wechselrichtergespeisten Wechselstrommaschine (4), mit einer Wechselstrommaschine (4), die an einen Wechselrichter (2) angeschlossen ist, der dazu eingerichtet ist, die Maschine (4) mit einer Spannung anzuregen, und mit mindestens einem Sensor (9, 10, 11) zum Messen einer durch diese Anregung verursachten Stromreaktion der Maschine (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (2) dazu eingerichtet ist, die Ma¬ schine (4) mit einer Spannung in einem bestimmten Frequenzbereich über der Grundwelle der Maschine anzuregen, und dass mindestens ein Komparator (24, 25, 26) vorgesehen ist, der dazu eingerichtet ist, um die gemessene Stromreaktion der Ma¬ schine (4) mit mindestens einer Referenzstromreaktion zu vergleichen, die zuvor an der intakten Maschine verursacht und gemessen und gespeichert wurde, und um mögliche Veränderungen der gemessenen Stromreaktion in Bezug auf die mindestens eine Referenzstromreaktion zu bestimmen, um den Isolierungszustand auf Grundlage dieser Veränderungen zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromreaktion durch mindestens einen Stromsensor (9, 10, 11) gemessen wird, der bereits in der Wechselrichterschaltung vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Frequenzbereich für die Spannung 50 kHz bis 5 MHz, vorzugsweise 300 kHz bis 1,5 MHz beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (2) dazu eingerichtet ist, eine Impulsfolge als Anregungsspannung abzugeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens eine Berechnungseinheit (24, 25, 26), die dazu eingerichtet ist, einen Indikator (IDI) für die Ver¬ schlechterung der Isolierung auf Grundlage der Abweichung der gemessenen Stromreaktion von der mindestens einen Referenzstromreaktion zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (24, 25, 26) dazu eingerichtet ist, den Indikator für die Verschlechterung der Isolierung auf Grundlage mehrerer Stromreaktionsmessungen und auf Grundlage einer Standardabweichung der Stromreaktionen über den Frequenzbereich hinweg zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer mehrphasigen Maschine, z. B. einer dreiphasigen Maschine (4), eine Komparator- und Berechnungseinheit (27) an ein entsprechendes Element von Komparatoren (24, 25, 26) angeschlossen ist, um die für jede Phase berechneten Werte des Indikators (IDI) für die Verschlechterung der Iso¬ lierung zu vergleichen und daraus eine mögliche räumliche Asymmetrie zu berechnen.
PCT/AT2015/050203 2014-08-25 2015-08-25 Verfahren und vorrichtung zur detektion des zustands einer isolierung einer wechselstrommaschine WO2016029234A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50587/2014A AT516218B1 (de) 2014-08-25 2014-08-25 Verfahren und Vorrichtung zur Detektion des Zustands einer Isolierung einer Wechselstrommaschine
ATA50587/2014 2014-08-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016029234A1 true WO2016029234A1 (de) 2016-03-03

Family

ID=54238161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/AT2015/050203 WO2016029234A1 (de) 2014-08-25 2015-08-25 Verfahren und vorrichtung zur detektion des zustands einer isolierung einer wechselstrommaschine

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT516218B1 (de)
WO (1) WO2016029234A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020000236A1 (de) 2020-01-16 2021-07-22 Man Truck & Bus Se Verfahren zur elektrischen Funktionsprüfung einer elektrischen Reluktanzmaschine eines Kraftfahrzeugs
DE102021210797A1 (de) 2021-09-28 2023-03-30 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Elektrisches System für eine elektrische Maschine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060158197A1 (en) * 2005-01-18 2006-07-20 Fanuc Ltd Insulation resistance deterioration detection method and insulation resistance deterioration detection device for motor, and motor driver
US20140176152A1 (en) * 2011-08-01 2014-06-26 Technische Universitat Wien Method and Device for Detecting a Deterioration in the State of an Insulation in an Operating Electric Machine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6035265A (en) * 1997-10-08 2000-03-07 Reliance Electric Industrial Company System to provide low cost excitation to stator winding to generate impedance spectrum for use in stator diagnostics
JP2001141795A (ja) * 1999-11-18 2001-05-25 Matsushita Refrig Co Ltd 空気調和装置における圧縮機の絶縁劣化検出装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060158197A1 (en) * 2005-01-18 2006-07-20 Fanuc Ltd Insulation resistance deterioration detection method and insulation resistance deterioration detection device for motor, and motor driver
US20140176152A1 (en) * 2011-08-01 2014-06-26 Technische Universitat Wien Method and Device for Detecting a Deterioration in the State of an Insulation in an Operating Electric Machine

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C ZOELLER ET AL: "Detecting insulation condition changes of inverter Fed AC machines based on two current sensors and indirect phase step excitation", THE INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, INC. (IEEE) CONFERENCE PROCEEDINGS, 1 June 2014 (2014-06-01), Piscataway, pages 198 - 203, XP055231438 *
M A VOGELSBERGER ET AL: "Online insulation condition monitoring of ac machines using ultra-fast inverter switching transition based on new semi-conductor materials", PCIM EUROPE 2014, 20 May 2014 (2014-05-20), Nuremberg, pages 1636 - 1642, XP055231439, ISBN: 978-3-8007-3603-4, Retrieved from the Internet <URL:http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_235563.pdf> [retrieved on 20151126] *
NUSSBAUMER P ET AL: "Online detection of insulation degradation in inverter fed drive systems based on high frequency current sampling", IECON 2011 - 37TH ANNUAL CONFERENCE ON IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS SOCIETY, IEEE, 7 November 2011 (2011-11-07), pages 1954 - 1959, XP032104778, ISBN: 978-1-61284-969-0, DOI: 10.1109/IECON.2011.6119605 *

Also Published As

Publication number Publication date
AT516218B1 (de) 2017-06-15
AT516218A1 (de) 2016-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2739983B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erkennung einer zustandsverschlechterung einer isolierung in einer elektrischen maschine im betrieb
DE102011014561B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Elektromotor-Steuerschaltung
Wang et al. Effect of rise time on PD pulse features under repetitive square wave voltages
Zoeller et al. Impact of SiC semiconductors switching transition speed on insulation health state monitoring of traction machines
DE112010000959B4 (de) Vorrichtung zur Erfassung von Isolationsabbau
Yao et al. Transformer winding deformation diagnostic system using online high frequency signal injection by capacitive coupling
DE102011102499B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen der elektrischen Isolierung einer elektrischen Hochspannungsgleichstromschaltung
DE112013005707B4 (de) Isolationsinspektionsvorrichtung für Motoren und Isolationsinspektionsverfahren für Motoren
EP2421145B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur drehgeberlosen Identifikation elektrischer Ersatzschaltbildparameter eines Drehstrom-Asynchronmotors
DE102008017900A1 (de) Verfahren zum Erfassen eines Fehlers in einer Drehfeldmaschine
EP2340608A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur überwachung und/oder analyse von rotoren von elektrischen maschinen im betrieb
DE102011075387A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Drehmoments eines Elektromotors
DE112018001976T5 (de) Stückweise schätzung von gegenspannung zur fehlererkennung in elektrischen systemen
Leuzzi et al. Analysis and detection of electrical aging effects on high-speed motor insulation
Nussbaumer et al. Transient distribution of voltages in induction machine stator windings resulting from switching of power electronics
DE102016002267B4 (de) Anordnung und Verfahren zur Messung der elektrischen Eigenschaften am Anschlusspunkt eines elektrischen Energieversorgungsnetzes, von daran angeschlossenen Erzeugern, Verbrauchern oder Teilnetzen
EP0383140B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung von Spulen auf Windungs und/oder Lagenschluss
EP3726234A1 (de) Verfahren zur diagnose eines elektromotors
Nussbaumer et al. Separation of disturbing influences on induction machine's high-frequency behavior to ensure accurate insulation condition monitoring
WO2016029234A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur detektion des zustands einer isolierung einer wechselstrommaschine
Zanuso et al. Evaluation of high-frequency current ringing measurements for insulation health monitoring in electrical machines
EP2863236B1 (de) Prüfsystem für Hochspannungskomponenten
Frosini et al. Detection of stator short circuits in inverter-fed induction motors
Nussbaumer et al. Analysis of current reaction on inverter-switching to detect changes in electrical machine's high-frequency behavior
DE102022208636B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer verbleibenden Nutzungsdauer einer elektrischen Maschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15771850

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15771850

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1