LabVIEW開發(fā)異步電動(dòng)機(jī)定子故障在線診斷系統(tǒng)

三相感應(yīng)電機(jī)（IM）因其簡單性、堅(jiān)固性和可靠性而廣泛用于許多工業(yè)應(yīng)用。然而，對于需要高可靠性的特定領(lǐng)域，如汽車、航空航天、軍事和核能，使用經(jīng)典的三相IM似乎不再適用，因?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)電機(jī)相位的損失會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的不可行性。多相驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要應(yīng)用是那些需要高能量、高功率密度、小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和/或容錯(cuò)的系統(tǒng)，例如全電動(dòng)船舶推進(jìn)、更多電動(dòng)飛機(jī)、電動(dòng)汽車和鐵路牽引。

?容錯(cuò)在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)境中確實(shí)至關(guān)重要，可確保系統(tǒng)連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，保持正弦氣隙通量。在對稱定子繞組配置的六相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，任意兩個(gè)連續(xù)定子相位之間的角度為60電度。雖然旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子參考系廣泛用于電動(dòng)機(jī)的分析，但靜止參考系更適合于6PIM中的定子故障分析，因?yàn)樗试S精確定義故障相位。

盡管多相IM具有固有的容錯(cuò)特性，但也容易發(fā)生故障，即定子故障。已經(jīng)為多相電機(jī)提出了各種故障診斷方法，特別是針對開路故障（OCF）和/或開路開關(guān)故障（OSF）的診斷。

雙三相電機(jī)也被認(rèn)為是增強(qiáng)容錯(cuò)能力的有效解決方案。本機(jī)配有兩個(gè)獨(dú)立供應(yīng)的相同繞組。它是完全冗余系統(tǒng)的替代方案，完全冗余系統(tǒng)需要兩個(gè)電機(jī)和兩個(gè)逆變器，導(dǎo)致解決方案更加昂貴和笨重。文獻(xiàn)中涉及雙三相電機(jī)的多種技術(shù)，但興趣主要集中在IM上。采用永磁（PM）轉(zhuǎn)子和無重疊線圈的分?jǐn)?shù)槽繞組開啟了新的自由度，可以獲得更高的性能并滿足更廣泛應(yīng)用的要求

值得注意的是，任何用于診斷ITSC缺陷的在線監(jiān)測系統(tǒng)都必須具有高靈敏度，因?yàn)楸仨氃陂_發(fā)的早期階段發(fā)現(xiàn)故障。此外，建議使用非侵入性測量方法，以避免干擾所調(diào)查機(jī)器的持續(xù)運(yùn)行或性能。由于在常規(guī)機(jī)器操作期間可能發(fā)生多種情況，例如負(fù)載變化、USV或機(jī)器固有不對稱的存在，所有上述方法的功效都可能受到限制或大大降低。此外，將現(xiàn)有的FD方法實(shí)施到多相電機(jī)可能特別具有挑戰(zhàn)性，要么是因?yàn)殡y以實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性的困難，要么是因?yàn)樵诰哂懈呦鄶?shù)的電機(jī)中實(shí)施現(xiàn)有FD方法時(shí)涉及過多的計(jì)算工作量，要么是因?yàn)樵诟鼜?fù)雜的系統(tǒng)中實(shí)施此類算法（如多相電機(jī)）時(shí)效果有限。每種診斷方法的復(fù)雜性及其在線應(yīng)用的可行性可能被認(rèn)為是確定哪種方法理想的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。

本項(xiàng)目采用一種在多三相或六相IM中在線診斷ITSC故障和USV狀況的新方法。所提出的方法結(jié)合了簡單性和穩(wěn)健性，即使在最具挑戰(zhàn)性的運(yùn)行條件下（如負(fù)載變化）也能實(shí)現(xiàn)有效的診斷?；l幅度及其相應(yīng)的相位角是使用6PIM定子電壓測量，通過短時(shí)間最小二乘Prony（STLSP）技術(shù)確定的。同時(shí)，F(xiàn)ortescue變換用于確定相關(guān)的電壓對稱分量。然后計(jì)算和監(jiān)控建議的指標(biāo)，稱為零電壓因數(shù)（ZVF）和負(fù)電壓因數(shù)（NVF）。借助LabVIEW軟件，所有這些階段都是實(shí)時(shí)執(zhí)行，從而可以在線監(jiān)測多相系統(tǒng)的ZVF和NVF。進(jìn)行了幾次實(shí)驗(yàn)測試，以證明所建議策略的有效性。目標(biāo)是研究ZVF和NVF在存在低至輕度ITSC故障和USV條件以及負(fù)載變化時(shí)的行為，同時(shí)對ITSC故障和USV條件進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。所建議的方法即使在具有挑戰(zhàn)性的情況下，也能在檢測少量短路轉(zhuǎn)彎和區(qū)分ITSC故障和USV條件方面表現(xiàn)出出色的可靠性。這些功能與簡單性、非侵入性和實(shí)時(shí)實(shí)施能力相結(jié)合。

研究側(cè)重于基于對稱6PIM的多相電驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。所研究的多相IM由兩組相距60°的三相繞組組成，形成對稱的空間分布。盡管為了方便起見，在電力驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域使用了多個(gè)參考系，但相位變量可用于表征這些系統(tǒng)的行為。當(dāng)系統(tǒng)惡化或在多種模式下運(yùn)行時(shí)，條件指示器是以可預(yù)測的方式變化的數(shù)據(jù)屬性。條件指示器是可用于區(qū)分正常功能和病理功能的特征。它可以使用簡單的分析來計(jì)算，例如數(shù)據(jù)的平均值的時(shí)域評估，也可以依靠更復(fù)雜的信號分析來計(jì)算，例如信號頻譜中特定特征分量的幅度。

電壓對稱分量的測量對于檢測和區(qū)分ITSC故障可能至關(guān)重要，因?yàn)镮TSC故障會(huì)造成定子電壓和電流的不平衡。事實(shí)上，國際電工委員會(huì)（IEC）將電壓不平衡因子（VUF）定義為負(fù)電壓對稱分量和正電壓對稱分量之間的比率，經(jīng)常用于識別和評估供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓不平衡。

任何類型的信號處理，包括時(shí)域、頻域和時(shí)頻分析，都可用于推導(dǎo)出基于信號的條件指示器。下圖使用基本的三相定子電壓測量實(shí)時(shí)提取建議的指示器。

新的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，用于診斷定子故障并區(qū)分ITSC故障和USV狀況。建議的技術(shù)采用STLSP方法來計(jì)算和跟蹤名為ZVF和NVF的適當(dāng)指標(biāo)，該指標(biāo)允許在6PIM中快速可靠地識別早期ITSC故障。只需采用相位到中性線電壓測量并應(yīng)用Fortescue變換即可成功實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。建議指標(biāo)的行為已在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行了測試。完成在線ZVF和NVF計(jì)算并執(zhí)行其連續(xù)評估的能力已成功得到證明。所獲得的研究結(jié)果支持了所提方法的可靠性、準(zhǔn)確性和適應(yīng)性，表明所提出的指標(biāo)是檢測ITSC故障和USV狀況的非?？煽康闹甘?。

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