CN103154757A

CN103154757A - 电机中缺失的定子槽楔的检测

Info

Publication number: CN103154757A
Application number: CN2010800694718A
Authority: CN
Inventors: C·平托; P·罗德里古茨
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: JP5602952B2; CN103154757B; EP2625540A1; AU2010362124B2; BR112013008384B1; WO2012045353A1; BR112013008384A2; JP2013540270A; EP2625540B1; KR20130076887A; KR101441266B1; PL2625540T3; US20130214811A1; DK2625540T3; CA2813614A1; US8847620B2; CA2813614C; AU2010362124A1; ES2456890T3

Abstract

通过分析电机在高频区域中的电流频谱可以检测该电机中的缺失的定子槽楔(10)。从电流测量提供电流频谱，并且在高频区域中的电流频谱的值用于确定定子槽楔(10)是否缺失。该结论可以基于相关电流幅度I_dB的值或在高频区域中特定谐波的出现。

Description

电机中缺失的定子槽楔的检测

技术领域

本发明涉及电机的状态监视。分析机器的电流频谱以便确定定子槽楔是否缺失。

背景技术

参考图1，定子槽楔10是用于保持定子线圈20在电机的定子槽30中的适当位置的元件。定子槽楔10的一个侧面面对定子线圈20同时相对的侧面面对定子40与转子之间的气隙。通常使用磁性定子槽楔，因为与非磁性定子槽楔相比它们提供多个好处。该好处是：降低芯损失并且因此降低温度上升、降低磁化电流并且因此增加功率因子、降低浪涌电流、更有效的电动机。典型的磁性定子槽楔材料可以包括75％的铁粉、7％的玻璃纤维和18％的环氧树脂。

然而，由于铁粉的高的百分比，磁性定子槽楔比非磁性定子槽楔更加易碎。已知，磁性定子槽楔具有变松动并且从定子槽掉落的趋势。这是由作用在气隙中并且产生振动的磁力引起的。定子槽楔处于持续的可变力中，并且如果它们未紧紧地坐落在定子槽中，则它们开始移动并且在它们的边缘处磨损以最终变得足够松动以从该槽脱落或者***。

缺失的定子槽楔可能导致转子或定子绕组故障(对于机器而言灾难性的故障)并且因此重要的是在早期检测缺失的定子槽楔。用于检测缺失的定子槽楔的一个常规的程序是打开机器并且通过针对定子中的碎片的视觉检查搜索。该方法是昂贵的，因为必须拆除机器。因此，需要改进现有的用于电机的状态监视的方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于无需打开机器就检测该电机中缺失的定子槽楔的方法。

由根据所附权利要求1所述的方法实现该目的。

本发明基于缺失的定子槽楔导致机器的电流频谱在高频区域中的改变并且该“标志”可用作为定子槽楔的状态的指示器的认识之上。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于检测电机中的缺失的定子槽楔的方法，该方法包括以下步骤：测量来自第一机器的第一电流；提供来自第一电流测量的第一电流频谱，该第一电流频谱达到高于主频两倍的高频区域；并且使用在该高频区域的该第一电流频谱的值来确定定子槽楔是否缺失。通过该措施，无需打开机器就可以检测该电机中的缺失的定子槽楔。

根据本发明的一个实施例，该第一电流频谱达到高于主频十倍如二十倍、三十倍、四十倍或五十倍的高频区域。健全的(healthy)机器与具有缺失的定子槽楔的机器的电流频谱之间的偏差在特定更高的频率处特别明显。因此，观察在该更高频率范围处的电流频谱以确定定子槽楔是否缺失是有利的。

根据本发明的一个实施例，该第一机器是感应电机并且该第一电流频谱达到由等式定义的高频区域，其中Rr是转子槽的数量，s是电动机的转差率，p是每个相位的电极对的数量，并且fs是电源频率。仿真显示，在感应电机的情况中，健全的机器与具有缺失的定子槽楔的机器的电流频谱之间的偏差在由给定等式定义的频率区域周围特别明显。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括用于检测该第一电流频谱的幅度是否超过或低于该高频区域中的阈值以确定定子槽楔是否缺失的步骤。通过定义这样一种阈值，其中在该阈值中断定该机器是健全的，单独的电流测量足以确定定子槽楔是否缺失。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括用于检测该第一电流频谱的该高频区域中的谐波的幅度是否超过或低于阈值以确定定子槽楔是否缺失的步骤。仿真显示健全的机器与具有缺失的定子槽楔的机器的电流频谱之间的偏差在特定谐波上特别明显。因此观察这些特定谐波的幅度以确定定子槽楔是否缺失是有利的。

根据本发明的一个实施例，要观察的谐波是由等式

定义的谐波中的一个，其中，R_r是转子槽的数量，s是电动机的转差率，p是每个相位的电极对的数量，f_s是电源频率并且m是整数0、1、2或3。仿真显示在感应电机的情况中健全的机器与具有缺失的定子槽楔的机器的电流频谱之间的偏差在由给定等式定义的该谐波处特别明显。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括用于检测特定谐波是否出现以确定定子槽楔是否缺失的步骤。仿真显示在特定情况中缺失定子槽楔导致新谐波出现。在那些情况中，检测该谐波的出现足够确定定子槽楔是否缺失。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括以下步骤：测量来自参考机器的参考电流；提供来自参考电流测量的参考电流频谱；将该第一电流频谱与该参考电流频谱比较以确定定子槽楔是否缺失。当感兴趣的该机器的该电流频谱与参考机器的电流频谱相比时获得关于该定子槽楔的存在的可靠的信息。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括用于检测该第一电流频谱是否与该参考电流频谱偏差特定阈值以确定定子槽楔是否缺失的步骤。该阈值是用于推断定子槽楔缺失的简单的标准。

根据本发明的一个实施例，该参考机器对应于该第一机器，并且该参考机器中的该定子槽楔的状态是已知的。当该参考机器与感兴趣的该机器相同时并且当该参考机器的状态已知时，获得可容易比较的电流频谱。

根据本发明的一个实施例，该参考机器中的该定子槽楔是完整的。当该参考机器的电流频谱对应于具有完整定子槽楔的理想情况时，更容易检测该参考机器的电流频谱与具有缺失的定子槽楔的机器的电流频谱之间的偏差。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括以下步骤：测量来自该第一机器的第二电流，该第二电流表示与该第一电流不同的电气相位；提供来自第二电流测量的第二电流频谱；将该第一电流频谱与该第二电流频谱比较以确定定子槽楔是否缺失。仿真显示缺失定子槽楔导致来自不同电气相位的电流频谱彼此偏差。可以利用该偏差来确定定子槽楔是否缺失。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括用于检测该第一电流频谱是否与该第二电流频谱偏差特定阈值以确定定子槽楔是否缺失的步骤。阈值是用于推断定子槽楔缺失的简单的标准。

根据本发明的一个实施例，该第一电流是支路电流。该支路电流是比用于缺失的定子槽楔的检测的总电流更加敏感的指示器，并且因此当其可得时是优选的指示器。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括用于根据以下等式的谐波是否出现确定定子槽楔是否缺失的步骤：

F = R_{r} (\frac{1 - s}{p}) f_{s} - 2 f_{s}

其中，其中R_r是转子槽的数量，s是电动机的转差率，p是每个相位的电极对的数量，并且f_s是电源频率。仿真显示在感应电机中，缺失定子槽楔导致根据给定等式的新谐波出现。因此，检测该谐波的出现足够确定定子槽楔是否缺失。

附图说明

将参考附图来更详细地说明本发明，其中：

图1显示了具有定子槽楔的典型的定子槽装置，

图2a显示了健全的机器的电流频谱，

图2b显示了缺失一个定子槽楔的机器的电流频谱，

图3显示了缺失三个定子槽楔的同一机器的两个相位的电流频谱，

图4a显示了用于健全机器的支路电流的电流频谱，以及

图4b显示了用于缺失一个定子槽楔的机器的支路电流的电流频谱。

具体实施方式

参考图2a，显示了用于电机的电流频谱的一个示例。该电机具有与电网频率相对应的50Hz的主频分量。在该电流频谱中的值是根据等式以分贝(dB)表示的相对对数值，其中，I_dB是相对电流幅度，I是各个频率分量的电流幅度，并且I_m是主频分量的电流幅度。因此，I_dB在主频上得到的值为零，并且在其余频率上得到低于零的值。可以在是主频的数倍的频率值上识别显示峰值I_dB的谐波。否则，I_dB曲线相对平坦，具有主要在-100dB与-120dB之间的值。在图2a中的电流频谱表示具有完整的定子槽楔的健全机器。从仿真接收到图2a中的值，但是期望测量给出对应的结果。在其余的图2b、3、4a和4b中也是该情况。在实际状态监视的情况中，显然需要测量电流。

还应当提及，在本文的公开中的全部示例应用于感应电机。然而，本发明不限于感应电机，并且也可以用于检测同步电机中的缺失定子槽楔。

图2b显示了缺失一个定子槽楔的机器的电流频谱。可以注意到，在图2a和2b中的两个频谱特别在高频处彼此显著地偏差。在该电流频谱中的该偏差暗示通过适当地解释电机的电流频谱，可以将电流频谱值转换为关于定子槽楔是否缺失的信息。例如，可以针对健全机器中的特定频率区域中的平均I_dB定义上阈值和下阈值。如果实际I_dB超过上阈值或低于下阈值，则结论是定子槽楔缺失。可替换地，可以观察特定独立谐波的幅度。哪个指示器是用于检测缺失定子槽楔的最合适的检测器依赖于机器类型。在与图2b相对应的一个示例中，在1700-2000Hz周围的频率区域中的突出的谐波由等式给出，其中，R_r是转子槽的数量，s是电动机的转差率，p是每个相位的电极对的数量，f_s是电源频率并且m是整数0、1、2或3。转差率由等式

定义，其中，η_s是定子场的旋转速度并且η_r是转子的旋转速度。在该具体情况中，建议观察该突出谐波周围的相对电流幅度I_dB，以确定定子槽楔是否缺失。

图3显示了缺失三个定子槽楔的同一机器的两个相位的电流频谱。在健全的机器中，两个曲线将相同，但是随着定子槽楔缺失，该曲线清楚地彼此偏差。此外，与前文所说明的方式类似地，该偏差也可用于说明定子槽楔是否缺失。

图4a和4b显示了在同一电气相位中在不同的定子线圈之间的支路电流的电流频谱。图4a的曲线用于健全的机器并且图4b的曲线用于缺失一个定子槽楔的机器。在图4b中，可以看出，在两个主要转子槽谐波之间存在一个清晰的新谐波。该谐波由等式

给出，其中R_r是转子槽的数量，s是电动机的转差率，p是每个相位的电极对的数量，并且f_s是电源频率。因此，该特定谐波的出现的检测可用于确定定子槽楔是否缺失。

在上文给出的示例中，关于定子槽楔是否缺失的结论要么基于相对的电流幅度I_dB的值要么基于特定谐波的出现。然而，本发明不限于上文给出的实例，相反本领域的技术人员可以使用附加的方式来说明高频区域中的电流频谱以确定定子槽楔是否缺失。

Claims

1.一种用于检测电机中的缺失的定子槽楔(10)的方法，所述方法包括以下步骤：

-测量来自第一机器的第一电流；

-提供来自第一电流测量的第一电流频谱，所述第一电流频谱达到高于主频两倍的高频区域；并且

-使用在所述高频区域中的所述第一电流频谱的值来确定定子槽楔(10)是否缺失。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电流频谱达到高于所述主频十倍诸如二十倍、三十倍、四十倍或五十倍的高频区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一机器是感应电机并且所述第一电流频谱达到由等式定义的高频区域，其中R_r是转子槽的数量，s是电动机的转差率，p是每个相位的电极对的数量并且f_s是电源频率。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤

-检测所述第一电流频谱的幅度在所述高频区域中是否超过或低于阈值以确定定子槽楔(10)是否缺失。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括步骤

-检测在所述第一电流频谱的所述高频区域中的谐波的幅度是否超过或低于阈值以确定定子槽楔(10)是否缺失。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述谐波是由等式

定义的谐波中的一个谐波，其中R_r是转子槽的数量，s是电动机的转差率，p是每个相位的电极对的数量，f_s是电源频率，并且m是整数0、1、2或3。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括步骤

-检测特定谐波是否出现以确定定子槽楔(10)是否缺失。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：

-测量来自参考机器的参考电流；

-提供来自所述参考电流测量的参考电流频谱；

-将所述第一电流频谱与所述参考电流频谱比较以确定定子槽楔(10)是否缺失。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法还包括步骤

-检测所述第一电流频谱是否与所述参考电流频谱偏差特定阈值以确定定子槽楔(10)是否缺失。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述参考机器对应于所述第一机器，并且所述参考机器中的所述定子槽楔(10)的状态是已知的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述参考机器中的所述定子槽楔(10)是完整的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：

-测量来自所述第一机器的第二电流，所述第二电流表示与所述第一电流不同的电气相位；

-提供来自第二电流测量的第二电流频谱；

-将所述第一电流频谱与所述第二电流频谱比较以确定定子槽楔(10)是否缺失。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括步骤

-检测所述第一电流频谱是否与所述第二电流频谱偏差特定阈值以确定定子槽楔(10)是否缺失。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一电流是支路电流。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法还包括步骤

-检测根据以下等式的谐波是否出现以确定定子槽楔(10)是否缺失：

F = R_{r} (\frac{1 - s}{p}) f_{s} - 2 f_{s},

其中R_r是转子槽的数量，s是电动机的转差率，p是每个相位的电极对的数量，并且f_s是电源频率。