電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)中定子絕緣的在線監(jiān)控的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開了在線監(jiān)控AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的定子絕緣狀況的系統(tǒng)和方法。在某些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括圍繞每對輸入和輸出電纜的互感器，所述輸入和輸出電纜與提供給AC電動(dòng)機(jī)的給定相的功率或由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的給定相的功率關(guān)聯(lián)。在另一實(shí)施例中，互感器圍繞與AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的各個(gè)相對應(yīng)的三個(gè)輸入電纜(對于AC電動(dòng)機(jī))或輸出電纜(對于發(fā)電機(jī))。互感器產(chǎn)生的電壓可以用來監(jiān)控與電纜關(guān)聯(lián)的泄露電流。微控制器監(jiān)控由互感器產(chǎn)生的電壓，并基于這些電壓確定AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的定子絕緣狀況。
【專利說明】電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)中定子絕緣的在線監(jiān)控
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開的主題涉及發(fā)電機(jī)和變速傳動(dòng)反饋交流(AC)電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]變速傳動(dòng)(VSD)反饋交流(AC)電動(dòng)機(jī)利用VSD控制器，通過改變AC電動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)的頻率和電壓來控制AC電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩(諸如驅(qū)動(dòng)負(fù)載或執(zhí)行其它有用功)。使用相似的物理原理，發(fā)電機(jī)用來將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，諸如用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或其它以電為動(dòng)力的裝置。AC電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)都包括定子絕緣以防止電流從裝置的旋轉(zhuǎn)組件流過裝置的固定組件。隨著時(shí)間的逝去，發(fā)電機(jī)和VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)中定子絕緣的電阻降低。定子絕緣的電阻可能最終降低到AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的操作被嚴(yán)重?fù)p壞或者在極端情況下AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)可能甚至被置于不可操作的程度。
[0003]盡管已經(jīng)開發(fā)出用來確定發(fā)電機(jī)和AC電動(dòng)機(jī)的定子絕緣的健康狀況的技術(shù)，但這種技術(shù)通常是在離線狀態(tài)下對發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)執(zhí)行的。即，在進(jìn)行所需測量時(shí)不能操作電動(dòng)機(jī)，使這種監(jiān)控方法是不方便和低效的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種電子系統(tǒng)。所述電子系統(tǒng)包括:第一電流互感器，所述第一電流互感器被配置成封裝變速傳動(dòng)(VSD)反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第一對相電纜；第二電流互感器，所述第二電流互感器被配置成封裝VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第二對相電纜；以及第三電流互感器，所述第三電流互感器被配置成封裝VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第三對相電纜。所述電子系統(tǒng)進(jìn)一步包括微控制器，所述微控制器被配置成監(jiān)控由所述第一、第二和第三互感器生成的各個(gè)電壓，并基于監(jiān)控的泄露電流，確定VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的絕緣特性。
[0005]在另一實(shí)施例中，提供了一種用于監(jiān)控AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)中絕緣狀況的方法。所述方法包括這些動(dòng)作:使用第一互感器封裝所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第一對相電纜，所述第一互感器產(chǎn)生與所述第一對相電纜中存在第一泄露電流時(shí)與其對應(yīng)的第一電壓；使用第二互感器封裝所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第二對相電纜，所述第二互感器產(chǎn)生與所述第二對相電纜中存在第二泄露電流時(shí)與其對應(yīng)的第二電壓；使用第三互感器封裝所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第三對相電纜，所述第三互感器產(chǎn)生與所述第三對相電纜中存在第三泄露電流時(shí)與其對應(yīng)的第三電壓。所述方法還包括動(dòng)作:使用微控制器監(jiān)控分別由所述第一、第二和第三互感器產(chǎn)生的第一、第二和第三電壓，以確定所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)中的絕緣狀況。
[0006]在再一實(shí)施例中，提供了一種電子系統(tǒng)。所述電子系統(tǒng)包括:AC電動(dòng)機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器，所述功率轉(zhuǎn)換器被配置成通過三相輸入電纜向所述AC電動(dòng)機(jī)提供功率。所述功率轉(zhuǎn)換器被配置成改變功率的頻率和幅值，以控制所述AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度。所述電子系統(tǒng)還包括電流互感器，所述電流互感器被配置成封裝所述AC電動(dòng)機(jī)的第一、第二和第三相輸入電纜，并產(chǎn)生與所述AC電動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的泄露電流對應(yīng)的電壓。微控制器被配置成監(jiān)控由所述互感器產(chǎn)生的電壓，以確定所述AC電動(dòng)機(jī)絕緣的頻率響應(yīng)，并處理所述絕緣的頻率響應(yīng)以獲得所述AC電動(dòng)機(jī)的絕緣特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]在參照附圖閱讀下文詳細(xì)的說明書的情況下，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，其中:
[0008]圖1是根據(jù)公開的某些實(shí)施例的在線電容和耗散因數(shù)測量系統(tǒng)的系統(tǒng)級視圖；
[0009]圖2是根據(jù)公開的某些實(shí)施例的圖1系統(tǒng)的一部分的細(xì)節(jié)圖；
[0010]圖3是根據(jù)公開的某些實(shí)施例的在線電容和耗散因數(shù)測量系統(tǒng)的進(jìn)一步的系統(tǒng)級視圖；
[0011]圖4是根據(jù)公開的某些實(shí)施例的高靈敏度差動(dòng)電流互感器的示意圖示；
[0012]圖5是根據(jù)公開的某些實(shí)施例不存在泄露電流時(shí)時(shí)，由AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的電線中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁通的橫截面視圖；
[0013]圖6是根據(jù)公開的某些實(shí)施例存在泄露電流時(shí)，由AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的電線中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁通的橫截面視圖；
[0014]圖7是根據(jù)公開的某些實(shí)施例的在具有等效泄露電路的健康定子絕緣情況下圖1系統(tǒng)的單相電路的視圖，其中，泄露電流通過泄露電路流向地；
[0015]圖8是根據(jù)公開的某些實(shí)施例的在具有等效泄露電路的老化定子絕緣情況下圖1系統(tǒng)的單相電路的視圖，其中，泄露電流通過泄露電路流向地；
[0016]圖9是根據(jù)公開的某些實(shí)施例的在具有等效泄露電路的損壞的定子絕緣情況下圖1系統(tǒng)的單相電路的視圖,其中，泄露電流通過泄露電路流向地；
[0017]圖10是一個(gè)曲線圖，示出根據(jù)公開的某些實(shí)施例通過定子絕緣的電容部分和定子絕緣的電阻部分的電流如何與定子絕緣的等效阻抗相關(guān)；
[0018]圖11是顯示根據(jù)公開的某些實(shí)施例用于相監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集和分析過程的流程圖；以及
[0019]圖12是顯示根據(jù)公開的某些實(shí)施例用于公模監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集和分析過程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例。為了提供對這些實(shí)施例的精確描述，在說明書中可能沒有描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。應(yīng)當(dāng)理解，在任意這種實(shí)際實(shí)施方式的研發(fā)中，如在任意工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中一樣，必須進(jìn)行眾多針對實(shí)施方式的決定，以達(dá)成研發(fā)者的具體目標(biāo)(例如符合系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)限制)，這些具體目標(biāo)會(huì)根據(jù)實(shí)施方式不同而改變。此外，應(yīng)當(dāng)理解，這種研發(fā)工作會(huì)是復(fù)雜而耗時(shí)的，但是對受益于本發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)的例行任務(wù)。
[0021 ] 當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“該”和“所述”將表示存在一個(gè)或多個(gè)元件。詞語“包括”、“包含”和“具有”將是包括性的并且表示可能存在除列出的元件之外的附加元件。[0022]本公開的各方面涉及被配置成在AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)保持在線的同時(shí)，監(jiān)控AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)中定子絕緣狀況的電子系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的操作員可監(jiān)控AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的健康狀況和預(yù)期壽命，而沒有必須使電動(dòng)機(jī)離線的不方便和低效。某些實(shí)施例還允許連續(xù)監(jiān)控定子絕緣狀況。在一種實(shí)施方式中，定子絕緣監(jiān)控系統(tǒng)使用三個(gè)互感器，每個(gè)互感器分別封裝AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的相特定電線對(即輸入和輸出電線)。互感器基于出現(xiàn)在AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的每一相的泄露電流產(chǎn)生電壓?？梢苑治鲇擅總€(gè)互感器檢測的電壓，諸如通過使用處理組件或處理器進(jìn)行分析，以確定對于特定定子絕緣的電容和耗散因數(shù)。在某些實(shí)施方式中，電容和耗散因數(shù)可以被用來確定定子的絕緣狀況。在一個(gè)實(shí)施例中，這種確定包括確定定子絕緣的預(yù)期剩余壽命。
[0023]在另一實(shí)施例中，如本文討論的，還可以單獨(dú)地或與上文提到的相泄露電流互感器結(jié)合地利用互感器，該互感器封裝到達(dá)AC電動(dòng)機(jī)的三相輸入電線(即所有三相)，基于流進(jìn)AC電動(dòng)機(jī)中的總泄露電流產(chǎn)生電壓。測量的電壓可以被處理器分析，以提供與本文中討論的和定子絕緣狀況相關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0024]同樣，在相關(guān)實(shí)施例中，還可以單獨(dú)地或與上文提到的相泄露電流互感器結(jié)合地利用互感器，該互感器封裝發(fā)電機(jī)的所有輸出電線，基于從發(fā)電機(jī)電路流出通過定子絕緣流進(jìn)發(fā)電機(jī)機(jī)架中的總泄露電流產(chǎn)生電壓。如在AC電動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中，測量的電壓可以被處理器分析，以提供與本文中討論的定子絕緣狀況有關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0025]基于前面所述的，圖1示出了根據(jù)某些實(shí)施例的在線電容和耗散因數(shù)測量系統(tǒng)的系統(tǒng)級視圖。在所描述的例子中，VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)10包括三相電源12。三相電源12可向功率轉(zhuǎn)換器(驅(qū)動(dòng)器)14提供三相電流。功率轉(zhuǎn)換器14可包括被配置成允許通過改變?nèi)嚯娏鞯念l率和幅值來控制AC電動(dòng)機(jī)16的電路(例如開關(guān)電路等等)。功率轉(zhuǎn)換器14因此可以允許控制AC電動(dòng)機(jī)16旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩和速度。三相電流可以從功率轉(zhuǎn)換器14通過輸入電纜18 (在所描述的例子中，每相有一個(gè)輸入電纜18)流進(jìn)AC電動(dòng)機(jī)16中。在AC電動(dòng)機(jī)16中，三相電流三相中的每一相電流可以從相應(yīng)的輸入電纜18 (即每個(gè)電纜18對應(yīng)于不同相)流過三個(gè)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)負(fù)載20中的一個(gè)，通過各自對應(yīng)的相特定輸出電纜22中的一個(gè)出來。定子絕緣34(即與電動(dòng)機(jī)10的固定組件關(guān)聯(lián)的絕緣)將流過相應(yīng)電纜的電流與電動(dòng)機(jī)10的機(jī)架44電隔離。
[0026]在描述的實(shí)施例中，共模泄露互感器24封裝所有的三個(gè)輸入電纜18。在此例子中，共模泄露互感器24基于在不同的相由三個(gè)輸入電纜18產(chǎn)生的磁通變化產(chǎn)生電壓。磁通變化可以通過流過在各自的相上的三個(gè)輸入電纜18的各自電流的增大和降低引起。
[0027]還如圖1所描述，相泄露互感器26可對各自相分別封裝每對輸入電纜18和輸出電纜22。每個(gè)泄露互感器26可基于由與泄露互感器26關(guān)聯(lián)的給定相的相應(yīng)的輸入電纜18和輸出電纜22產(chǎn)生的磁通變化，產(chǎn)生電壓。磁通變化可以通過在給定相流過一對輸入電纜18和輸出電纜22的電流的增大或減小引起。磁通變化還可以由在三個(gè)輸入電纜18和相應(yīng)輸出電纜22上流動(dòng)的不同電流幅值引起。在所描述的實(shí)施例中，微處理器28可以用來測量由共模泄露互感器24和/或三相泄露互感器26產(chǎn)生的電壓。由處理器28處理的信號(hào)可以在處理之前諸如通過使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 30由模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字。例如，在一種實(shí)施方式中，微處理器28可分析由一個(gè)或多個(gè)互感器產(chǎn)生的記錄電壓，以確定與AC電動(dòng)機(jī)16中的定子絕緣34相關(guān)的電容和耗散因數(shù)。[0028]圖2提供流過AC電動(dòng)機(jī)16的電流的詳細(xì)視圖。在此例子中，相特定電流可以在三個(gè)相應(yīng)的輸入電纜18中的一個(gè)進(jìn)入AC電動(dòng)機(jī)16。由各自輸入電纜18中每個(gè)運(yùn)送的相特定電流可以通過各自的輸入電纜18穿過的相泄露互感器26測量。輸入電纜18上的總的相電流可以認(rèn)為包括不同的相應(yīng)構(gòu)成，諸如負(fù)載電流40和泄露電流42。每個(gè)相電流可以流過三個(gè)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)負(fù)載20中的一個(gè)。盡管相電流流過各自的電動(dòng)機(jī)感應(yīng)負(fù)載20，但泄露電流42 (如果存在)可從電動(dòng)機(jī)感應(yīng)負(fù)載20流出，諸如通過定子絕緣34，流進(jìn)AC電動(dòng)機(jī)16的接地機(jī)架44。因此，泄露電流42的增大可以指示逐漸不健康或損壞的定子絕緣34。剩余的負(fù)載電流40可流過該相相應(yīng)的輸出電纜22，通過相應(yīng)的相泄露互感器26返回。
[0029]泄露電流42的增大可以引起由成對的輸入電纜18和輸出電纜22產(chǎn)生的磁通的變化。例如，泄露電流42的增大可以引起流過相泄露互感器26在各自的輸入電纜18朝AC電動(dòng)機(jī)16流動(dòng)的電流幅值相對于流過相泄露互感器26在各自的輸出電纜22離開AC電動(dòng)機(jī)16的電流幅值之間的差。在各自的輸入電纜18和各自的輸出電纜22中流動(dòng)的電流幅值的差可以在成對的輸入電纜18和輸出電纜22周圍產(chǎn)生不對稱磁通。不對稱磁通在由相應(yīng)的相泄露互感器26監(jiān)控時(shí)又在相泄露互感器產(chǎn)生電壓，該電壓可以使微處理器28處理。
[0030]盡管圖1和圖2圖解說明了針對AC電動(dòng)機(jī)16的在線定子監(jiān)控技術(shù)，但圖3圖解說明了相似的在線定子監(jiān)控技術(shù)是如何可以被應(yīng)用到發(fā)電機(jī)48的。在這個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械力可以引起磁場相對于發(fā)電機(jī)的電感器50運(yùn)動(dòng)，使電流在成對的發(fā)電機(jī)電纜52中流動(dòng)。流過成對發(fā)電機(jī)電纜52的電流可以向連接到發(fā)電機(jī)的負(fù)載54提供電功率。如在圖1的實(shí)施例中圖示的，每個(gè)相泄露互感器26可以封裝給定相的一對發(fā)電機(jī)電纜52，基于成對的發(fā)電機(jī)電纜52周圍的磁通變化產(chǎn)生電壓。如圖2描述，磁通變化可以由泄露電流的增大引起，可指示逐漸不健康或變壞的定子絕緣。同樣，共模泄露互感器24以與圖1描述的相同方式操作，基于每相的發(fā)電機(jī)電纜52周圍磁通的變化，產(chǎn)生電壓。如上文描述的,磁通變化可以由從發(fā)電機(jī)的電感器50流過定子絕緣34流進(jìn)發(fā)電機(jī)48的接地機(jī)架44中的泄露電流的增加引起。
[0031]在本公開的一個(gè)實(shí)施例中，圖1,圖2和圖3圖不的相泄露互感器26可以是雙鐵芯高靈敏度差分電流互感器(HSCT)。此外，在一些實(shí)施例中，共模泄露互感器24可以是HSCT。HSCT的使用可以有利于在相對大的電流(例如幾千安)中測量相對小的差(例如100微安)。轉(zhuǎn)到該圖，圖4示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的雙鐵芯HSCT120。在所描述的例子中，內(nèi)磁芯122可限定HSCT120的中間開口 123。第一導(dǎo)體124和第二導(dǎo)體126可延伸通過中間開口 123。這對導(dǎo)體可與內(nèi)磁芯122的中間開口 128等距離地定位在內(nèi)磁芯122的直徑上，其被稱作參考軸線130。第一導(dǎo)體124和第二導(dǎo)體126可運(yùn)送幅值基本相等但方向相反的電流(例如泄露電流的量相等或幅值不同的電流)。在第一導(dǎo)體124和第二導(dǎo)體126中流動(dòng)的電流可以在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁通132，134。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，HSCT120可包括封裝內(nèi)磁芯122并限定其自身和內(nèi)磁芯122之間的氣隙137的感測鐵芯136。內(nèi)磁芯122和感測鐵芯136可以使用各種材料形成，諸如硅剛，鐵合金，鐵氧體或其組合。內(nèi)磁芯122和感測鐵芯136中的一個(gè)或兩者可包括一個(gè)或多個(gè)感測線圈138，140，142，144。在所描述的例子中，內(nèi)磁芯122上的感測線圈138，140沿磁中性軸線(MNA) 146設(shè)置。MNA146可由相對的磁通132，134形成。在另一實(shí)施例中，內(nèi)磁芯122的感測線圈138，140可以設(shè)置在參考軸線130上。感測鐵芯136上的感測線圈142，144可設(shè)置在MNA146上，如圖所示，但在其它實(shí)施方式中，感測鐵芯136上的感測線圈142，144可以被定位在感測鐵芯136上的任何位置，即感測線圈142，144不需要定位在MNA146或參考軸線上，而可定位在感測線圈136上的任何地方。如在本文中某些實(shí)施例中描述的，端子148，150可通過ADC30連接到微處理器28 (見圖1)，以測量在第一導(dǎo)體124或第二導(dǎo)體126中流動(dòng)的泄露電流。
[0033]為了進(jìn)一步說明上文對泄露電流的討論，圖5和圖6是由在各自的輸入電纜18和輸出電纜22中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁通的橫截面圖。在不存在泄露電流的情況下(圖5)，輸入電纜18可以運(yùn)送諸如500安的電流到電動(dòng)機(jī)感應(yīng)負(fù)載20。由于沒有電流從電動(dòng)機(jī)感應(yīng)負(fù)載20泄露，相同的電流(500A)在相應(yīng)的輸出電纜22上以相反方向流動(dòng)。因?yàn)榱鬟^輸入電纜18的電流幅值和流過對應(yīng)的輸出電纜22的電流幅值是相等的，它們在輸入電纜18和輸出電纜22周圍產(chǎn)生對稱磁通162。不變的對稱磁通162在各自的相泄露互感器26中并不產(chǎn)生電壓。磁中性軸線(MNA) 164因此可以存在于由流過輸入電纜18的電流和流過輸出電纜22的電流引起的磁場彼此抵消的位置。在無泄露電流的情況下(圖5)，MNA164可以大約垂直于連接相輸入電纜18和相輸出電纜22的直線。
[0034]在存在泄露電流的例子中(圖6)，輸入電纜18可以將電流運(yùn)送到電動(dòng)機(jī)感應(yīng)負(fù)載20。在此例子中，諸如由于損壞的定子絕緣34引起的泄露電流42可以存在于電動(dòng)機(jī)負(fù)載。因此，由于流出負(fù)載20的此泄露電流的損失，較少電流可以在相輸出電纜22上流動(dòng)。例如，當(dāng)不存在泄露電流42時(shí)，輸入電纜18 —開始可以運(yùn)送500A的電流，相應(yīng)的輸出電纜22也可以運(yùn)送500A的電流。在一個(gè)例子中，出現(xiàn)由于有效性降低的定子絕緣34引起的IOOmA的泄露電流，可能導(dǎo)致另外的IOOmA流過輸入電纜18，因此導(dǎo)致500.1A的電流引入通過輸入電纜18。在IOOmA電流通過定子絕緣34泄露后，剩余的500mA可以在相應(yīng)的輸出電纜22上返回。因?yàn)樵谳斎腚娎|18上流動(dòng)的電流和在對應(yīng)的輸出電纜22上流動(dòng)的電流是不相等的，它們可以導(dǎo)致在成對的輸入電纜18和輸出電纜22周圍的不對稱磁通168。不對稱磁通168可以導(dǎo)致由相泄露互感器26產(chǎn)生可以被監(jiān)控的電壓。如圖6所不,MNA164還可以朝相輸出電纜22移動(dòng)。應(yīng)當(dāng)注意，雖然關(guān)于AC電動(dòng)機(jī)描述了圖5和圖6，相同的原理適用于在發(fā)電機(jī)中測量定子絕緣的健康狀況。
[0035]基于前面所述的，現(xiàn)在來看圖7，使用等效泄露電路172描述AC電動(dòng)機(jī)16的單相電路。在所描述的例子中，可能流出電動(dòng)機(jī)感應(yīng)負(fù)載20的泄露電流42可以流過等效泄露電路172，流進(jìn)AC電動(dòng)機(jī)16或發(fā)電機(jī)48的接地機(jī)架44中。等效泄露電路172的組件可以隨AC電動(dòng)機(jī)16或發(fā)電機(jī)48的定子絕緣34的狀況的變化而變化。圖7_9的圖顯示了等效泄露電路172隨定子絕緣34的狀況的變化而變化。如上文討論的，圖7顯示了在健康的定子絕緣34的情況下包括單個(gè)電容器174的等效泄露電路172。在定子絕緣34老化或惡化的情況下，如圖8所示，等效泄露電路172可以表示為與電容器178并聯(lián)的電阻器176。當(dāng)定子絕緣34老化時(shí)，電阻器176的電阻可以降低。當(dāng)電阻降低時(shí)，流過等效泄露電路172的泄露電流42可能增大。在損壞或降低的定子絕緣34中，如圖9所示，等效泄露電路172可以僅僅表示為電阻器180。在定子絕緣34損壞更多或進(jìn)一步降低時(shí)，電阻器180的電阻可以降低。隨著電阻的降低，流過等效泄露電路172的泄露電流42可以繼續(xù)降低。
[0036]轉(zhuǎn)到圖10，曲線圖190詳細(xì)說明流過等效泄露電路172的電容部分和等效泄露電路172的電阻部分的電流的量如何與AC電動(dòng)機(jī)16或發(fā)電機(jī)48的定子絕緣34的等效阻抗192相關(guān)。圖形190的X軸線對應(yīng)于流過等效泄露電路194的電阻部分的泄露電流42的量。圖形190的y軸線對應(yīng)于流過等效泄露電路196的電容部分的泄露電流42的量。不管定子絕緣34的狀況如何，流過等效泄露電路196的電容部分的泄露電流的量可以保持大致恒定。隨著定子絕緣34狀況的降低，流過等效泄露電路194的電阻部分的泄露電流的量可以增大。隨著流過等效泄露電路194的電阻部分的泄露電流的量增大，定子絕緣34的等效阻抗192可以降低，可以允許更多的泄露電流42從電動(dòng)機(jī)感應(yīng)負(fù)載20或發(fā)電機(jī)的電感器50流到地。因?yàn)檫@種關(guān)系，定子絕緣34的等效阻抗192可以用來診斷定子絕緣34的狀況。此外，定子絕緣34的等效阻抗192 (例如12ΜΩ，8ΜΩ，5ΜΩ等)可以用來提供絕緣失效的預(yù)測。此絕緣失效的預(yù)測可以包括定子絕緣34可以不失效地起作用的估計(jì)時(shí)間和直到需要更換的估計(jì)時(shí)間。
[0037]基于前面所述，圖11包括流程圖200，其顯示了根據(jù)本公開的某些實(shí)施例用于定子絕緣34監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集和分析過程。具體地，圖11描繪提供一個(gè)或多個(gè)相泄露互感器26的過程的例子，每個(gè)相泄露互感器26被定位在與特定的電源相位對應(yīng)的各自的輸入電纜18和輸出電纜22周圍。如塊202所代表的，相泄露互感器26可以監(jiān)控流過定子絕緣34流入AC電動(dòng)機(jī)16或發(fā)電機(jī)48的接地機(jī)架44中的泄露電流42。在AC電動(dòng)機(jī)16正常操作期間，功率開關(guān)的切換和功率轉(zhuǎn)換器(驅(qū)動(dòng)器)14中的高頻電壓尖峰可以向AC電動(dòng)機(jī)16的輸入提供各個(gè)頻率的電壓激勵(lì)尖峰。如上文提到的，相泄露互感器26可以通過基于由泄露電流42的變化引起的磁通變化產(chǎn)生互感器電壓信號(hào)204來監(jiān)控泄露電流42。微處理器28又可以接收互感器電壓信號(hào)204作為輸入(諸如在從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào)之后)，如塊206所代表的，處理互感器電壓信號(hào)204。微處理器28可以處理互感器電壓信號(hào)204以確定等效泄露電路172的電容和耗散因數(shù)208。因此，來自各個(gè)頻率下電壓激勵(lì)的泄露電流42的響應(yīng)可以用來確定電容和耗散因數(shù)208。如塊210所代表的，微處理器28可以進(jìn)一步處理電容和耗散因數(shù)208以確定用于特定相的定子絕緣212的狀態(tài)或狀況和/或確定對于特定相的定子絕緣214的預(yù)期壽命。
[0038]圖12包括流程圖220，其顯示了根據(jù)本公開的某些實(shí)施例用于共模監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集和分析過程。如塊222所代表的，共模泄露互感器24可以被定位在延伸到電動(dòng)機(jī)16的三個(gè)輸入電纜18周圍，可以監(jiān)控流過定子絕緣34流進(jìn)AC電動(dòng)機(jī)16或發(fā)電機(jī)48的接地機(jī)架44中的泄露電流42。在AC電動(dòng)機(jī)16的正常操作期間，功率開關(guān)的切換和功率轉(zhuǎn)換器(驅(qū)動(dòng)器)14中的高頻電壓尖峰可以向AC電動(dòng)機(jī)16的輸入提供各個(gè)頻率的電壓激勵(lì)尖峰。如上文提到的,共模泄露互感器24可以通過響應(yīng)于由泄露電流42變化引起的磁通變化產(chǎn)生互感器電壓信號(hào)224來監(jiān)控泄露電流42，泄露電流42的變化通過監(jiān)控輸入電纜18來確定。微處理器28可以接收互感器電壓信號(hào)224作為輸入，如塊226所代表的，處理互感器電壓信號(hào)224。微處理器28可以處理互感器電壓信號(hào)224以確定等效泄露電路172的電容和耗散因數(shù)228。來自各個(gè)頻率下電壓激勵(lì)的泄露電流42的響應(yīng)可以用來確定電容和耗散因數(shù)228。如塊230所代表的，微處理器28可以處理電容和耗散因數(shù)228，以確定定子絕緣232的狀態(tài)或狀況和/或確定定子絕緣234的預(yù)期壽命。
[0039]本發(fā)明的技術(shù)效果包括電子系統(tǒng)，其被配置成在發(fā)電機(jī)或變速傳動(dòng)(VSD)反饋AC電動(dòng)機(jī)處于操作時(shí)監(jiān)控發(fā)電機(jī)或VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)的定子絕緣的健康情況。在某些實(shí)施方式中，電子系統(tǒng)包括共模泄露互感器，共模泄露互感器用來基于饋送到VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)中的總電流變化產(chǎn)生電壓。電流變化是由于從VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)的電路泄露到地的電流引起的。其它實(shí)施方式可以包括相泄露互感器，相泄露互感器用來基于流過VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)的每相電路的電流變化產(chǎn)生電壓。電流變化是由于從VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)的電路泄露到地的電流引起的。同樣，實(shí)施例可包括以與監(jiān)控VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)使用的原理相同的原理監(jiān)控發(fā)電機(jī)的共模泄露互感器或相泄露互感器。監(jiān)控發(fā)電機(jī)或AC電動(dòng)機(jī)的電力系統(tǒng)包括微處理器，微處理器被配置成監(jiān)控由共模泄露互感器和相泄露互感器產(chǎn)生的電壓。微處理器被配置成由電壓確定定子絕緣的電容和耗散因數(shù)，基于電容和耗散因數(shù)給出定子絕緣的當(dāng)前健康情況的診斷，給出定子絕緣的剩余壽命的預(yù)測。
[0040]本書面說明書使用示例來公開本發(fā)明(包括最佳模式)，還使得任意本領(lǐng)域技術(shù)人員可實(shí)踐本發(fā)明(包括制造和使用任意裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任意結(jié)合的方法)。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求書限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。如果這樣的其他示例具有與權(quán)利要求書的文字語言并非不同的結(jié)構(gòu)元件、或者如果這樣的其他示例包括與權(quán)利要求書的文字語言具有非實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這樣的其他示例意欲落入權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電子系統(tǒng),包括: 第一電流互感器，所述第一電流互感器被配置成封裝變速傳動(dòng)(VSD)反饋交流(AC)電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第一對相電纜； 第二電流互感器，所述第二電流互感器被配置成封裝VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第二對相電纜； 第三電流互感器，所述第三電流互感器被配置成封裝VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第三對相電纜；以及 微控制器，所述微控制器被配置成監(jiān)控由所述第一、第二和第三互感器生成的各個(gè)電壓，并基于監(jiān)控的各自的電壓確定VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的絕緣特性。
2.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，在所述VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)處于運(yùn)行中的同時(shí)，所述微控制器監(jiān)控所述VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的絕緣特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器連續(xù)地監(jiān)控所述VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的絕緣特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二和第三互感器基于相應(yīng)的第一對、第二對或第三對相電纜周圍的磁通變化產(chǎn)生各自的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述相應(yīng)的第一對、第二對或第三對相電纜周圍的磁通變化是由于流過所述第一對、第二對或第三對相電纜的電流變化產(chǎn)生的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二和第三電流互感器包括高靈敏度的差分電流互感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的絕緣特性包括電容和耗散因數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器處理所述VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的電容和耗散因數(shù)，以診斷與所述VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的定子絕緣的狀況。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器將所述VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的電容和耗散因數(shù)處理成所述VSD反饋AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的預(yù)期剩余壽命。
10.一種用于監(jiān)控AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的絕緣狀況的方法,包括: 使用第一互感器封裝所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第一對相電纜，以產(chǎn)生與所述第一對相電纜中存在第一泄露電流時(shí)與所述第一泄露電流對應(yīng)的第一電壓； 使用第二互感器封裝所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第二對相電纜，以產(chǎn)生與所述第二對相電纜中存在第二泄露電流時(shí)與所述第二泄露電流對應(yīng)的第二電壓； 使用第三互感器封裝所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的第三對相電纜，以產(chǎn)生與所述第三對相電纜中存在第三泄露電流時(shí)與所述第三泄露電流對應(yīng)的第三電壓；以及 使用微控制器監(jiān)控分別由所述第一、第二和第三互感器產(chǎn)生的第一、第二和第三電壓，以確定所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)中的絕緣狀況。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，使用所述微控制器監(jiān)控所述第一、第二和第三電壓發(fā)生在所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)處于運(yùn)行中的同時(shí)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，使用所述微控制器監(jiān)控所述第一、第二和第三電壓是連續(xù)的。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三互感器基于圍繞第一對、第二對或第三對相電纜的磁通變化產(chǎn)生各自的電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于，圍繞所述第一對、第二對或第三對相電纜的磁通變化是由于流過各自的第一對、第二對或第三對相電纜的電流變化產(chǎn)生的。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三電流互感器包括高靈敏度的差分電流互感器。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述AC電動(dòng)機(jī)的絕緣健康狀況是通過所述微處理器至少部分通過確定與所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)的定子絕緣的電容和耗散因數(shù)確定的。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用微控制器監(jiān)控分別由所第一、第二和第三互感器產(chǎn)生的第一、第二和第三電壓，以確定所述AC電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)中絕緣的預(yù)期剩余壽命。
18.—種電子系統(tǒng),包括: AC電動(dòng)機(jī)； 功率轉(zhuǎn)換器，所述功率轉(zhuǎn)換器被配置成通過三相輸入電纜向所述AC電動(dòng)機(jī)提供功率，其中，所述功率轉(zhuǎn)換器被配置成改變功率的頻率和幅值，以控制所述AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度； 電流互感器，所述電流互感器被配置成封裝所述AC電動(dòng)機(jī)的第一、第二和第三相輸入電纜，并產(chǎn)生與所述AC電動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的泄露電流對應(yīng)的電壓；以及 微控制器，所述微控制器被配置成監(jiān)控由所述互感器產(chǎn)生的電壓，以確定所述AC電動(dòng)機(jī)的絕緣的頻率響應(yīng)，并處理所述絕緣的頻率響應(yīng)以獲得所述AC電動(dòng)機(jī)的絕緣特性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，在所述AC電動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行中的同時(shí)，所述微控制器監(jiān)控由所述互感器產(chǎn)生的電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述微控制器連續(xù)地監(jiān)控由所述互感器產(chǎn)生的電壓。
【文檔編號(hào)】G01R31/34GK103698665SQ201310451758
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月27日
【發(fā)明者】P.內(nèi)蒂, K.楊西, 周穎能, M.R.沙, 張品佳, C.D.懷特菲爾德二世 申請人:通用電氣公司