[發(fā)明專利]電機(jī)、航空器、監(jiān)測電機(jī)故障的方法及電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480032236.1
• 申請日: 2014-04-07
• 公開（公告）號: CN105474025B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 克里斯·格瑞達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 諾丁漢大學(xué)
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34;H02K11/20
• 代理公司: 11332 北京品源專利代理有限公司
• 代理人: 楊生平;鐘錦舜<國際申請>=PCT/GB

一種電機(jī)(150)包含轉(zhuǎn)子或定子繞組(210a、210b、210c)，其中所述繞組(210a、210b、210c)包含電纜，所述電纜包括內(nèi)導(dǎo)體(a、b、c)、外導(dǎo)體(a、b、c)以及將所述內(nèi)導(dǎo)體(a、b、c)與所述外導(dǎo)體(a、b、c)隔離的絕緣體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的故障檢測的電機(jī)(例如，電動機(jī)或發(fā)電機(jī))以及一種確定電機(jī)的故障的方法。

背景技術(shù)

電機(jī)包含線繞線圈，其用于從機(jī)械功率生成電功率或者用于將電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率。這種繞組可位于電機(jī)的固定部分(定子)或位于電機(jī)的運動部分(轉(zhuǎn)子)。不希望出現(xiàn)電機(jī)繞組的故障。為方便起見，將主要參照電動機(jī)來描述本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本發(fā)明同樣適用于發(fā)電機(jī)。

電機(jī)通常包含具有多個繞組相的定子。由于絕緣失效引起的定子繞組故障為常見的故障狀態(tài)。定子繞組故障經(jīng)常以匝間失效開始，其中特定繞組的匝之間產(chǎn)生短路。這種失效能夠迅速發(fā)展成接地短路，其導(dǎo)致能夠損壞定子的較大電流并且進(jìn)一步導(dǎo)致驅(qū)動系統(tǒng)的失效。例如，定子過電流可損壞繞組并且可使轉(zhuǎn)子永磁鐵部分地退磁。

在一些電動機(jī)中，絕緣的退化主要是由于用于驅(qū)動電動機(jī)的電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)的使用。VSC生成用于向電動機(jī)供應(yīng)脈沖寬度調(diào)制(PWM)的電壓波形。PWM使用高頻電壓脈沖合成用于電動機(jī)的低頻電壓。盡管PWM允許高功率效率和無低階諧波的電動機(jī)電源電壓，其中低階諧波負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速振蕩，但是其生成高頻諧波和急斜的電壓上升速率，此可增加對匝到匝或匝到接地絕緣的應(yīng)力。

近年來，由于例如SiC(碳化硅)或GaN(氮化鎵)設(shè)備等用于電源開關(guān)的新技術(shù)的引入，這些問題已加重。這些設(shè)備允許更高的切換頻率，降低了功率損耗并允許VSC尺寸和成本的減少，但是也可導(dǎo)致對繞組絕緣的應(yīng)力的增加。

在高安全應(yīng)用中，例如，在核動力應(yīng)用中或在航空器(固定翼或旋翼機(jī))中，繞組絕緣的失效尤其成問題。以后一種情況為例，這種失效可導(dǎo)致火災(zāi)，其具有對整個航空器產(chǎn)生危險情況的潛在可能性。

電機(jī)電感可抑制由外部短路(例如，接地短路)引起的外部短路。通過設(shè)計電機(jī)具有更高的電感，由此抑制這些電流，從而能夠減小與這種故障相關(guān)的風(fēng)險。此方法的缺點是其傾向于導(dǎo)致更大的機(jī)器、更低的功率因子和更大的轉(zhuǎn)換器kVA。

由于通常很難檢測這種故障，所以內(nèi)部短路故障的減輕更成問題。若檢測到這種故障，則僅存在極為有限的方式來減輕這種故障。由于不能關(guān)閉磁激，所以當(dāng)處理永磁電機(jī)時，該情況尤其嚴(yán)重。

希望提供一種在出現(xiàn)之前(或成問題之前)檢測電機(jī)的內(nèi)部短路故障的方法。

永磁同步電機(jī)(PMSM)是一種電動機(jī)/發(fā)電機(jī)，其傾向于具有相對較高的速度運行、精確的轉(zhuǎn)矩控制、較高的功率重量比和較高的效率。由于所有的這些原因，PMSM當(dāng)前被廣泛地應(yīng)用，并且成為正在進(jìn)行的研究活動的對象。尤其，關(guān)于多電航空器(MEA)概念展望PMSM的大量應(yīng)用。MEA概念展望以電力系統(tǒng)替代水力、氣動和機(jī)械系統(tǒng)，從而在減輕重量、降低成本、增加安全性以及增強(qiáng)可靠性等方面實現(xiàn)優(yōu)點。由于其緊湊的結(jié)構(gòu)以及高功率和轉(zhuǎn)矩密度，MSM尤其適用于這種應(yīng)用。

然而，這種應(yīng)用的高安全性質(zhì)意味著希望存在一些形式的電動機(jī)在線故障監(jiān)測和診斷。

近年來，為了嘗試獲得對定子故障的早期檢測并防止后續(xù)損壞，已研制出用于電動機(jī)的大量故障檢測技術(shù)。這些技術(shù)包括：噪音和振動監(jiān)測、噪聲測量、定子電流監(jiān)測、轉(zhuǎn)矩和速度諧波分析以及高頻注入方法。然而，繞組退化的初期階段仍難以檢測，并且希望提供一種用于檢測這種故障的有效方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決至少一些前述問題。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種電機(jī)，包含：轉(zhuǎn)子或定子繞組，其中所述繞組包含電纜，所述電纜包括內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體以及將所述內(nèi)導(dǎo)體與所述外導(dǎo)體隔離的絕緣體。