本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子匝間短路的方法。

背景技術(shù)：

如發(fā)電機(jī)或馬達(dá)的電機(jī)具有定子和轉(zhuǎn)子。為了產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子具有電導(dǎo)體的繞組。絕緣體包覆電導(dǎo)體，以使電導(dǎo)體相對(duì)于繞組的相鄰設(shè)置的線匝電絕緣且相對(duì)于環(huán)境電絕緣。

轉(zhuǎn)子的絕緣體中的缺陷能夠引起匝間短路，即引起繞組的相鄰設(shè)置的線匝之間的短路。這引起：繞組的短路的線匝相較于繞組的未短路的線匝被更小的勵(lì)磁電流穿流，由此短路的線匝具有比未短路的線匝更低的溫度。這能夠引起轉(zhuǎn)子的工作溫度不均勻。不均勻的工作溫度能夠引起轉(zhuǎn)子內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力，其中所述應(yīng)力能夠?qū)е沦|(zhì)量分布與旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的偏差。不對(duì)稱的質(zhì)量分布能夠引起轉(zhuǎn)子在電機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)。此外，匝間短路導(dǎo)致磁場(chǎng)減弱，這必須通過更高的勵(lì)磁電流來補(bǔ)償。更高的勵(lì)磁電流不利地導(dǎo)致電機(jī)效率的降低。

在電機(jī)運(yùn)行中，借助于氣隙線圈測(cè)量方法確定匝間短路，其中借助于線圈測(cè)量在轉(zhuǎn)子和定子之間的位置處的磁通量。為此，需要在借助于線圈產(chǎn)生的信號(hào)曲線中識(shí)別轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)半圈。因?yàn)樾盘?hào)曲線可以被噪聲信號(hào)疊加，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)半圈的識(shí)別可能會(huì)出現(xiàn)誤差，使得氣隙線圈測(cè)量方法的評(píng)估可能導(dǎo)致不明確的結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種用于檢測(cè)電機(jī)的繞組中的匝間短路的方法，其中信號(hào)曲線的記錄和評(píng)估是簡(jiǎn)單的，并且能夠以高的精度檢測(cè)匝間短路。

根據(jù)本發(fā)明的用于檢測(cè)電機(jī)中的匝間短路的方法具有如下步驟：a)將線圈設(shè)置在氣隙中，所述氣隙位于電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間；b)利用電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和極對(duì)數(shù)計(jì)算兩個(gè)時(shí)間上直接彼此相繼的過零點(diǎn)的最小持續(xù)時(shí)間，這兩個(gè)過零點(diǎn)是借助于線圈產(chǎn)生的信號(hào)曲線u(t)的過零點(diǎn)；c)記錄在電機(jī)運(yùn)行時(shí)借助于線圈產(chǎn)生的信號(hào)曲線u(t)，所述信號(hào)曲線至少具有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈的持續(xù)時(shí)間；d)確定信號(hào)曲線u(t)的過零點(diǎn)，并且存儲(chǔ)所述過零點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)；e)確定借助偏移量c校正的信號(hào)曲線u(t)-c的過零點(diǎn)，并且識(shí)別至少一對(duì)的直接彼此相繼的過零點(diǎn)，所述過零點(diǎn)的時(shí)間間隔比最小持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，其中c不等于零；f)在步驟e)中未識(shí)別出對(duì)的情況下，重復(fù)步驟e)直至識(shí)別出對(duì)，其中偏移量c在從信號(hào)曲線u(t)的零點(diǎn)至全局極值的方向上變化；g)識(shí)別出所存儲(chǔ)的時(shí)間點(diǎn)中的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的至少之一，所述兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)在時(shí)間上位于所述對(duì)之間并且在時(shí)間上距所述對(duì)最近；h)利用在步驟g)中識(shí)別出的時(shí)間點(diǎn)從信號(hào)曲線u(t)中提取兩個(gè)半波，其中每個(gè)半波對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)半圈；i)將兩個(gè)半波進(jìn)行比較。

在步驟i)中，能夠通過比較兩個(gè)半波來檢測(cè)磁場(chǎng)中的非對(duì)稱性。這例如能夠通過如下方式進(jìn)行：使兩個(gè)半波在時(shí)間上重合，并且隨后將兩個(gè)半波彼此相加。如果兩個(gè)半波的相加的時(shí)間曲線偏離數(shù)值零，那么能夠推導(dǎo)出非對(duì)稱性。從非對(duì)稱性中于是能夠推導(dǎo)出存在匝間短路。

在信號(hào)曲線u(t)中并非所有過零點(diǎn)限界一個(gè)半波。通過該方法，識(shí)別信號(hào)曲線u(t)中的如下過零點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)，所述過零點(diǎn)實(shí)際上限界半波中的一個(gè)半波。根據(jù)本發(fā)明的方法基于如下認(rèn)知：兩個(gè)直接彼此相繼的過零點(diǎn)的時(shí)間間隔越大，偏移量c就選擇為越大，借助所述偏移量校正信號(hào)曲線u(t)。術(shù)語直接彼此相繼的過零點(diǎn)表示：在這兩個(gè)過零點(diǎn)之間不存在另一過零點(diǎn)。偏移量c以遞增的方式從最小值變化至最大值，所述最大值都小于信號(hào)曲線u(t)的極值，直至在校正的信號(hào)曲線u(t)-c中發(fā)現(xiàn)一對(duì)直接彼此相繼的過零點(diǎn)，其中該對(duì)具有比所計(jì)算的最小持續(xù)時(shí)間更大的間隔。實(shí)際上限界一個(gè)半波的過零點(diǎn)在時(shí)間上位于該對(duì)之內(nèi)并且是位于該對(duì)之內(nèi)的過零點(diǎn)的在時(shí)間上距該對(duì)最近的過零點(diǎn)。在此，對(duì)于每個(gè)對(duì)存在兩個(gè)過零點(diǎn)，所述過零點(diǎn)實(shí)際上限界一個(gè)半波，其中在步驟g)中可以識(shí)別這些過零點(diǎn)中的一個(gè)過零點(diǎn)或兩個(gè)過零點(diǎn)。

因?yàn)樵诓襟Ee)中尋找如下過零點(diǎn)，所述過零點(diǎn)的時(shí)間間隔長(zhǎng)于在步驟b)中計(jì)算出的最小持續(xù)時(shí)間，而不是如下過零點(diǎn)，所述過零點(diǎn)精確地對(duì)應(yīng)于所計(jì)算出的最小持續(xù)時(shí)間，即使實(shí)際的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與為了計(jì)算而在步驟b)中假設(shè)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率略有偏差時(shí)，該方法也毫無疑問地且有利地起作用。該方法也可有利地起作用，而無需使用測(cè)量轉(zhuǎn)子的精確轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計(jì)的信息，而是粗略估計(jì)步驟b)中的最小持續(xù)時(shí)間就足夠。

該方法有利地可簡(jiǎn)單執(zhí)行，使得其也能夠自動(dòng)地執(zhí)行。此外，能夠無誤差地識(shí)別實(shí)際限界半波的零位，由此能夠以高的精度執(zhí)行該方法。

該方法優(yōu)選地具有如下步驟：e1)確定借助偏移量d校正的信號(hào)曲線u(t)-d的過零點(diǎn)，并且識(shí)別至少一對(duì)的直接彼此相繼的過零點(diǎn)，所述過零點(diǎn)的時(shí)間間隔長(zhǎng)于最小持續(xù)時(shí)間，其中d不等于零并且具有與c相反的符號(hào)；f1)在步驟e1)中未識(shí)別出對(duì)的情況下，重復(fù)步驟e1)直至識(shí)別出對(duì)，其中偏移量d在從信號(hào)曲線u(t)的零點(diǎn)至另一全局極值的方向上變化；并且其中在步驟h中利用在步驟e1)中識(shí)別出的時(shí)間點(diǎn)來提取兩個(gè)半波中的一個(gè)。如果將正偏移量用于校正信號(hào)曲線u(t)，那么能夠識(shí)別出上半波，并且如果將負(fù)偏移量用于校正信號(hào)曲線u(t)，那么能夠識(shí)別出下半波，通過應(yīng)用正偏移量和負(fù)偏移量，能夠有利地識(shí)別上半波和下半波。此外可行的是：通過將上半波的積分與下半波的積分進(jìn)行比較來確定：信號(hào)曲線u(t)是否整體上具有偏移。

電機(jī)的極對(duì)數(shù)優(yōu)選為一，并且兩個(gè)半波中的每個(gè)半波分別由兩個(gè)在步驟g)和/或g1)中識(shí)別出的時(shí)間點(diǎn)限界，所述時(shí)間點(diǎn)直接彼此相繼。替選地，電機(jī)的極對(duì)數(shù)大于一，并且每個(gè)半波由與電機(jī)的極對(duì)數(shù)相同數(shù)量的部分波(teilwelle)中的一個(gè)形成，其中每個(gè)部分波分別由兩個(gè)在步驟g)和/或g1)中識(shí)別出的且直接彼此相繼的時(shí)間點(diǎn)限界。因此，在具有任意數(shù)量的極對(duì)數(shù)的電機(jī)中能夠有利地執(zhí)行該方法。

優(yōu)選的是：在步驟d)、e)和/或e1)中，借助于對(duì)于信號(hào)曲線u(t)的和校正的信號(hào)曲線u(t)-c的所有點(diǎn)形成y0＝ut＝α*ut＝α+1來確定過零點(diǎn)(6至9)，其中ut＝α是在u(t)或u(t)-c中的信號(hào)值，并且ut＝α+1是直接緊隨其后的信號(hào)值。如果y0＝0，那么兩個(gè)信號(hào)值中的至少一個(gè)信號(hào)值是過零點(diǎn)。如果y0>0，那么不存在過零點(diǎn)。如果y0<0，那么在這兩個(gè)信號(hào)值之間存在過零點(diǎn)。優(yōu)選地，在y0為負(fù)的情況下，為了確定過零點(diǎn)，對(duì)屬于ut＝α和ut＝α+1的兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行線性內(nèi)插。由此能夠有利地以比信號(hào)曲線u(t)中的測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間間隔更高的分辨率來確定過零點(diǎn)。例如，能夠借助于下述方程式執(zhí)行線性內(nèi)插：

其中tα是屬于ut＝α的時(shí)間點(diǎn)，并且tα+1是屬于ut＝α+1的時(shí)間點(diǎn)。通過根據(jù)t重排方程式能夠確定過零點(diǎn)。

優(yōu)選的是：信號(hào)曲線u(t)具有在線圈中產(chǎn)生的電壓或者在線圈中產(chǎn)生的電流強(qiáng)度。在步驟c)中記錄的信號(hào)曲線u(t)優(yōu)選借助于濾波器，尤其貝塞爾濾波器、中值濾波器和/或梯度濾波器來平滑。由此，能夠消除由于機(jī)械和電磁影響而在信號(hào)中出現(xiàn)的畸變，使得能夠以高的精度確定過零點(diǎn)。電機(jī)優(yōu)選是發(fā)電機(jī)，尤其同步電機(jī)，和/或電動(dòng)馬達(dá)。

附圖說明

下面，根據(jù)所附的示意圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。附圖示出：

圖1示出具有基波的信號(hào)曲線，

圖2示出具有函數(shù)fc(t)＝c的基波ug(t)，其中c>0，

圖3示出具有基波ug(t)的信號(hào)曲線u(t)，

圖4示出具有函數(shù)f1(t)＝c1的信號(hào)曲線，其中c1>0，

圖5示出具有函數(shù)f2(t)＝c2的信號(hào)曲線，其中c2>c1>0，

圖6示出圖5的細(xì)節(jié)，

圖7、8示出對(duì)兩個(gè)半波進(jìn)行比較的示意圖，

圖9示出具有兩個(gè)缺陷位置的信號(hào)曲線，

圖10示出貫穿電機(jī)的橫截面圖。

具體實(shí)施方式

圖10示出貫穿電機(jī)24的橫截面圖。電機(jī)24具有徑向外置的定子20和徑向內(nèi)置的轉(zhuǎn)子21。定子20具有多個(gè)沿環(huán)周方向并排設(shè)置的定子槽23，電導(dǎo)體引入到所述定子槽中。定子槽23中的每個(gè)定子槽沿環(huán)周方向分別由兩個(gè)定子齒27限界。轉(zhuǎn)子21具有多個(gè)沿環(huán)周方向并排設(shè)置的轉(zhuǎn)子槽22，為了產(chǎn)生磁場(chǎng)將電導(dǎo)體引入到所述轉(zhuǎn)子槽中。在每個(gè)轉(zhuǎn)子槽22中引入多個(gè)電的部分導(dǎo)體，所述部分導(dǎo)體分別由電絕緣體包圍，以便將部分導(dǎo)體相對(duì)于彼此電絕緣。絕緣體的損壞能夠引起匝間短路。轉(zhuǎn)子槽22中的每個(gè)轉(zhuǎn)子槽沿環(huán)周方向分別由兩個(gè)轉(zhuǎn)子齒28限界。圖10中的電機(jī)24的極對(duì)數(shù)是一。在定子20和轉(zhuǎn)子21之間設(shè)置有氣隙26。在氣隙26中為了測(cè)量磁通量變化而引入線圈25。圖10中的線圈25安置在定子齒27中的一個(gè)的徑向內(nèi)置的面上。

圖1示出借助于線圈25記錄的信號(hào)曲線u(t)的繪圖。在橫坐標(biāo)4上繪制時(shí)間，并且在縱坐標(biāo)5上繪制電壓或電流強(qiáng)度。同樣地，在繪圖中，繪出形式為的基波1，其中ω是轉(zhuǎn)子21的旋轉(zhuǎn)的角頻率，并且是幅度。因?yàn)殡姍C(jī)24的極對(duì)數(shù)是一，所以基波1的每個(gè)振動(dòng)周期由第一半波2和第二半波3構(gòu)成，所述第一半波特征在于ug(t)的正號(hào)，并且所述第二半波的特征在于ug(t)的負(fù)號(hào)。兩個(gè)半波2、3中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子21的轉(zhuǎn)半圈。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，識(shí)別出信號(hào)曲線u(t)的如下部段，所述部段屬于第一部分波2或第二部分波3。隨后，執(zhí)行兩個(gè)部段的比較。如從圖1可見，并非信號(hào)曲線u(t)的全部過零點(diǎn)6都對(duì)應(yīng)于基波1的過零點(diǎn)11。過零點(diǎn)表示信號(hào)曲線u(t)中的u(t)＝0的點(diǎn)。

在圖2中示出基波1與其過零點(diǎn)11。過零點(diǎn)11在圖2中作為基波1與函數(shù)f0＝0的交點(diǎn)示出。如果借助偏移量c校正信號(hào)曲線ug(t)，使得校正的信號(hào)曲線具有ug(t)-c的形式，那么與信號(hào)曲線ug(t)的過零點(diǎn)11相比，兩個(gè)直接彼此相繼的過零點(diǎn)7的時(shí)間間隔變化。校正的信號(hào)曲線u(t)-c的過零點(diǎn)7在圖2中作為與函數(shù)fc(t)＝c的交點(diǎn)示出，其中c>0。在此，兩個(gè)直接彼此相繼的過零點(diǎn)7的時(shí)間間隔交替地短于和長(zhǎng)于信號(hào)曲線ug(t)的兩個(gè)直接彼此相繼的過零點(diǎn)11的時(shí)間間隔。

在圖3至6中示出：如何找出信號(hào)曲線u(t)的如下零位6，所述零位對(duì)應(yīng)于基波1的零位11。對(duì)此，如在圖3中示出的，確定信號(hào)曲線u(t)的全部零位6。在圖3中同樣繪制基波1和最小持續(xù)時(shí)間tmin，所述最小持續(xù)時(shí)間是基波1的兩個(gè)直接相鄰的過零點(diǎn)11的時(shí)間間隔。最小持續(xù)時(shí)間tmin通過公式tmin＝1/(f*2*n)估算，其中f是轉(zhuǎn)子21的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，并且n是電機(jī)24的極對(duì)數(shù)。

如從圖4中可見：在確定信號(hào)曲線u(t)的過零點(diǎn)6之后，確定借助偏移量c1校正的信號(hào)曲線u(t)-c1中的過零點(diǎn)8。信號(hào)曲線u(t)-c1中的過零點(diǎn)8在圖4中作為信號(hào)曲線u(t)與函數(shù)f1(t)＝c1的交點(diǎn)示出。為了確定偏移量c1，首先確定信號(hào)曲線u(t)中的全局最大值，并且隨后將c1選擇為正的，并且選擇為全局最大值的一小部分，例如選擇為全局最大值的十分之一?，F(xiàn)在，在信號(hào)曲線u(t)-c1中尋找如下直接彼此相繼的過零點(diǎn)8，所述過零點(diǎn)的間隔比最小持續(xù)時(shí)間tmin更長(zhǎng)。如從圖4中可見，借助偏移量c1在信號(hào)曲線u(t)-c1中不能夠發(fā)現(xiàn)這種直接彼此相繼的過零點(diǎn)8的對(duì)。

出于該原因，隨后確定借助偏移量c2校正的信號(hào)曲線u(t)-c2中的過零點(diǎn)9。信號(hào)曲線u(t)-c2中的過零點(diǎn)9在圖5中作為信號(hào)曲線u(t)與函數(shù)f2(t)＝c2的交點(diǎn)示出。在此，偏移量c2相對(duì)于c1提高一小部分?，F(xiàn)在，在信號(hào)曲線u(t)-c2中尋找如下直接彼此相繼的過零點(diǎn)9，所述過零點(diǎn)的間隔比最小持續(xù)時(shí)間tmin更長(zhǎng)。如從圖5中可見，在信號(hào)曲線u(t)-c2中能夠發(fā)現(xiàn)直接彼此相繼的過零點(diǎn)9的兩個(gè)這種對(duì)。這兩個(gè)對(duì)中的每個(gè)對(duì)具有第一過零點(diǎn)12和第二過零點(diǎn)13，其中第一過零點(diǎn)12在時(shí)間上位于第二過零點(diǎn)13之前。信號(hào)曲線u(t)的過零點(diǎn)6中的對(duì)應(yīng)于基波1的過零點(diǎn)11的過零點(diǎn)識(shí)別為如下過零點(diǎn)，所述過零點(diǎn)在時(shí)間上位于第一過零點(diǎn)12和第二過零點(diǎn)13之間并且在時(shí)間上距第一過零點(diǎn)12和第二過零點(diǎn)13最近。圖5示出圖4中的細(xì)節(jié)，即示出第二過零點(diǎn)13連同基波1的過零點(diǎn)11。

圖7和8示意性地示出如何將第一半波2與第二半波3進(jìn)行比較。對(duì)此，從信號(hào)曲線u(t)中根據(jù)過零點(diǎn)11對(duì)于第一半波2和第二半波3提取各自的起點(diǎn)和終點(diǎn)。例如，這能夠通過如下方式進(jìn)行：根據(jù)基波1的直接彼此相繼的過零點(diǎn)11的所找到的對(duì)，首先提取兩個(gè)半波2、3中的一個(gè)半波作為信號(hào)曲線u(t)的部段，該部段由所述對(duì)限界。兩個(gè)半波2、3中的第二半波例如能夠作為信號(hào)曲線u(t)的部段來提取，該部段位于所述對(duì)的第一過零點(diǎn)12之前或者位于所述對(duì)的第二過零點(diǎn)13之后一定持續(xù)時(shí)間，所述持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)于所述對(duì)的時(shí)間間隔。同樣能夠考慮的是：找到基波1的另外的過零點(diǎn)11，其中負(fù)偏移量d朝信號(hào)曲線u(t)的全局最大值的方向變化。通過改變正偏移量c和負(fù)偏移量d能夠總計(jì)找到基波1的三個(gè)直接彼此相繼的過零點(diǎn)11，其中三個(gè)過零點(diǎn)11中的時(shí)間上的前兩個(gè)過零點(diǎn)限界第一半波2，并且三個(gè)過零點(diǎn)的時(shí)間上的第二和第三過零點(diǎn)限界第二半波3。

如從圖7和8中可見，通過兩個(gè)半波2、3中的一個(gè)半波沿橫軸4的方向移動(dòng)將兩個(gè)半波2、3重合，如這通過箭頭14表明。兩個(gè)半波2、3彼此相加，這通過箭頭15在圖8中表明。在無誤差的情況下，彼此相加的半波2、3的時(shí)間上的信號(hào)曲線為零。如果彼此相加的半波2、3的信號(hào)曲線不等于零，那么必須分析該信號(hào)曲線：是否實(shí)際上存在匝間短路或者外部影響是否在信號(hào)曲線u(t)中引起扭曲。

在圖9中示出典型的故障情況，第一故障信號(hào)16位于第一半波2中并且第二故障信號(hào)17位于第二半波3中。故障信號(hào)16、17在零點(diǎn)11的時(shí)間間隔是相同的，所述零點(diǎn)將兩個(gè)半波2、3彼此分開。故障信號(hào)16、17能夠與轉(zhuǎn)子槽23中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)，因?yàn)樾盘?hào)曲線u(t)中的局部最小值18對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子齒28，并且信號(hào)曲線u(t)中的局部最大值19對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子槽23。

雖然通過優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)地闡述和描述本發(fā)明的細(xì)節(jié)，然而本發(fā)明不受到所公開的實(shí)例的局限，并且能夠由本領(lǐng)域技術(shù)人員從中導(dǎo)出其他的變型形式，而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。