基于改進(jìn)型相關(guān)算法的變頻異步電機(jī)定子故障診斷

麻少旭，郭立煒，安國(guó)慶，劉玉坤

(1.河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.河北科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

基于改進(jìn)型相關(guān)算法的變頻異步電機(jī)定子故障診斷

麻少旭1，郭立煒2，安國(guó)慶1，劉玉坤2

(1.河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.河北科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

變頻器供電下，異步電機(jī)定子電流諧波成分劇增，使定子匝間短路故障的診斷不同于電網(wǎng)直接供電。電網(wǎng)電壓不平衡以及電機(jī)的先天不平衡也會(huì)影響診斷結(jié)果。針對(duì)以上問(wèn)題，根據(jù)變頻器調(diào)制頻率構(gòu)建參考信號(hào)，提出用改進(jìn)型相關(guān)算法提取定子電流中調(diào)制頻率基波成分，避開(kāi)電網(wǎng)不平衡因素以及變頻器高次諧波的影響，利用逆調(diào)制頻率同步速變換將調(diào)制頻率的基波正序分量轉(zhuǎn)化為二倍頻交流分量，將負(fù)序分量轉(zhuǎn)換成直流量，通過(guò)對(duì)整周期采樣長(zhǎng)度取均值的方法將直流分量單獨(dú)分離出來(lái)。并考慮電機(jī)先天不平衡因素定義了故障靈敏度因子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該因子能正確反映定子故障程度，消除了變頻器的諧波成分和噪聲對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，對(duì)供電電源不對(duì)稱(chēng)具備魯棒性，方法有效可行。

異步電機(jī)；匝間短路；變頻器；相關(guān)算法；同步速變換

定子匝間短路故障占異步電機(jī)故障的30%～40%[1]。隨著變頻器在異步電機(jī)控制中的廣泛應(yīng)用，變頻電源供電下異步電機(jī)定子短路故障的診斷變得尤為重要。目前，定子故障診斷的研究方法主要分為3類(lèi)：解析模型診斷、專(zhuān)家知識(shí)診斷和定子電流信號(hào)分析診斷[2]。其中基于定子電流信號(hào)分析的診斷方法為非侵入式，信號(hào)易于獲取，得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)多種先進(jìn)的算法用來(lái)提取異步電機(jī)定子故障特征。文獻(xiàn)[3]提出瞬時(shí)功率分解算法，解決了電壓不平衡、電壓及負(fù)載的動(dòng)態(tài)變化在故障負(fù)序電流檢測(cè)中的影響，但需要識(shí)別大量的電機(jī)特征參數(shù)，計(jì)算量較大。文獻(xiàn)[4]利用徑向振動(dòng)頻率作為定子短路故障的依據(jù)，文獻(xiàn)[5]分析異步電機(jī)定子線圈短路故障時(shí)的振動(dòng)特征及定子電流的頻譜特性，提出了基于相關(guān)分析的感應(yīng)電機(jī)定子故障診斷方法，采用信息融合有效提取定子故障特征，但都存在容易與轉(zhuǎn)子偏心故障產(chǎn)生的振動(dòng)頻率混淆。文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]提出基于對(duì)角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法檢測(cè)故障嚴(yán)重程度，判定定子繞組短路的匝數(shù)，但該方法需要大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，訓(xùn)練不足、過(guò)度和收斂速度等因素都會(huì)影響最終結(jié)果的診斷。文獻(xiàn)[8]和文獻(xiàn)[9]提出基于空間矢量法來(lái)確定定子線圈故障，并定義了靈敏度因子以保證線圈故障程度的準(zhǔn)確性和靈敏度，但此方法忽略了噪聲和諧波對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。文獻(xiàn)[10]引出定子負(fù)序阻抗作為故障特征量，由于負(fù)序阻抗定義為負(fù)序電壓與負(fù)序電流之比，因此當(dāng)供電電源對(duì)稱(chēng)度較高時(shí)，計(jì)算結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。文獻(xiàn)[11]提出分析高次諧波成分在失電殘壓中的變化來(lái)定位故障發(fā)生的位置，由于其實(shí)現(xiàn)的是離線檢測(cè)，因此在很多場(chǎng)合，比如一些需要電機(jī)長(zhǎng)期或連續(xù)運(yùn)行等情況，應(yīng)用受到很大的限制。

在變頻器供電下的異步電機(jī)故障診斷成為近年來(lái)關(guān)注的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[12]提出了帶變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障的診斷方法，但關(guān)于變頻電源供電下的定子短路故障診斷的文獻(xiàn)并不多。變頻器中整流逆變電路中大量的開(kāi)關(guān)器件，使其變頻電源供電下的定子電流信號(hào)諧波成分劇增，這與電網(wǎng)直接對(duì)電機(jī)供電的方式有較大區(qū)別，給電機(jī)定子匝間短路故障特征的提取帶來(lái)了困難。文獻(xiàn)[13]和文獻(xiàn)[14]建立了變頻電源供電籠型異步電機(jī)的仿真模型。文獻(xiàn)[15]通過(guò)對(duì)變頻器逆變直流側(cè)電流的分析,提出了基于逆變器直流側(cè)電流的定子故障診斷方法和故障嚴(yán)重因子，具備較強(qiáng)的故障辨識(shí)能力，但該方法信號(hào)采集位于逆變器的直流側(cè)，一般集成在變頻器的內(nèi)部，信號(hào)提取的困難使其應(yīng)用受到限制。此外，文獻(xiàn)[16]指出在實(shí)際電機(jī)中，供電電壓不平衡，電機(jī)制造和裝配誤差造成的先天不平衡等都會(huì)影響負(fù)序電流的大小，因此不考慮這些因素的影響來(lái)診斷定子故障及其嚴(yán)重程度是不準(zhǔn)確的。

針對(duì)以上問(wèn)題，提出首先利用改進(jìn)型相關(guān)算法提取電流信號(hào)中變頻器調(diào)制頻率基波分量，避開(kāi)變頻器諧波以及電網(wǎng)不平衡因素的影響；然后利用逆調(diào)制頻率同步速坐標(biāo)變換，單獨(dú)提取由于定子匝間短路引起的負(fù)序分量；最后考慮電機(jī)先天不對(duì)稱(chēng)因素，定義一個(gè)表征故障程度的靈敏度因子，評(píng)估故障程度。

1 考慮電網(wǎng)不平衡時(shí)變頻器輸出側(cè)分析

變頻器一般由整流器和逆變器組成。其原理圖構(gòu)成如圖1所示。

圖1 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Fig.1 Variable frequency driver system

逆變器采用SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)，整流器采用三相橋式不可控整流。定義整流器3個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)函數(shù)為

當(dāng)電網(wǎng)三相電壓對(duì)稱(chēng)時(shí)，整流器的輸出電壓中只含有直流量和電網(wǎng)頻率的高倍頻分量。其開(kāi)關(guān)函數(shù)S1的解析表達(dá)式為

式中：ω1為電網(wǎng)基波角頻率；θ1為電網(wǎng)基波的初相位；θ6n±1是電網(wǎng)高倍頻分量的初相角[17]。

若忽略高次諧波，開(kāi)關(guān)函數(shù)S1的解析表達(dá)式可寫(xiě)成

同理可得S2和S3的表達(dá)式(此處略)。

當(dāng)三相電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，電網(wǎng)電壓中主要含有基波正序分量和負(fù)序分量，則可表示為[18]

整流器的輸出側(cè)電壓可表示為ud=S1ua+S2ub+S3uc，經(jīng)推導(dǎo)電網(wǎng)電壓負(fù)序分量在整流器輸出側(cè)電壓中以2f1的頻率分量展現(xiàn)，則整流器輸出側(cè)電壓可表示由電網(wǎng)的正序電壓產(chǎn)生的直流分量和電網(wǎng)的負(fù)序電壓產(chǎn)生的2f1頻率分量組成，即

ud=Ud+U2f1cos(2ω1t+θ2f1)。

式中：Ud為直流分量；U2f1和θ2f1分別為2f1頻率分量的幅值和初相角。

定義逆變器的3個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)函數(shù)為

以A相為例，定義SPWM的開(kāi)關(guān)函數(shù)為

式中：M為調(diào)制系數(shù)；ωm為變頻器調(diào)制角頻率；ωc為變頻器載波角頻率，Jn為n階Bessel函數(shù)。

為計(jì)算方便，若忽略高頻成分，三相SPWM開(kāi)關(guān)函數(shù)可寫(xiě)成

式中：ω0為逆變器的輸出頻率即調(diào)制頻率；θs為初相角。

逆變器輸出線電壓為

uab=ud(Sa-Sb),ubc=ud(Sb-Sc),uca=ud(Sc-Sa)。

式中：uab,ubc,uca為逆變器輸出側(cè)線電壓。僅以u(píng)ab為例：

由上式推導(dǎo)結(jié)果可知變頻器輸出側(cè)電壓中含有正常基波正序電壓和2f1±f0的頻率分量，后者是由電網(wǎng)負(fù)序電壓影響產(chǎn)生。

2 匝間短路故障時(shí)變頻器下輸出側(cè)定子電流分析

變頻器輸出側(cè)含有大量高次諧波，其諧波成分為(6n±1)f0，其中5次和7次占主導(dǎo)地位[19]。由上文分析可得，考慮電網(wǎng)不平衡影響時(shí)，變頻器逆變器的輸出側(cè)含有f0的基波和2f1±f0分量。如忽略其他諧波成分，則定子發(fā)生匝間短路故障時(shí)，三相定子電流可近似寫(xiě)成

式中：I0和θ0分別為變頻器調(diào)制基波電流分量的幅值和相位；I2f1-f0和θ2f1-f0分別為2f1-f0的頻率分量的幅值和相位；I2f1+f0和θ2f1+f0分別為2f1+f0的頻率分量的幅值和相位；I5和θ5分別為5次諧波分量的幅值和相位;I7和θ7分別為7次諧波分量的幅值和相位；n(t)表示變頻器其他的諧波成分及噪聲。

當(dāng)電機(jī)定子發(fā)生故障時(shí)，變頻器調(diào)制頻率的負(fù)序分量會(huì)明顯增大，可將其作為異步電機(jī)定子匝間短路的故障特征。避開(kāi)信號(hào)中電網(wǎng)不平衡引起的負(fù)序分量、變頻器產(chǎn)生的高次諧波以及噪聲干擾，準(zhǔn)確提取由定子故障引起的負(fù)序分量是診斷的關(guān)鍵。

3 改進(jìn)型相關(guān)算法提取調(diào)制頻率基波分量

文獻(xiàn)[20]利用改進(jìn)型相關(guān)算法可用于提取定子電流中的特定頻率成分。將同頻的2個(gè)周期信號(hào)作互相關(guān)處理，既保留了同頻又保留了相位信息，而非同頻的周期信號(hào)為不相關(guān)，可直接消去。在此用該方法提取被測(cè)變頻器輸出側(cè)調(diào)制頻率的基波分量，以避開(kāi)由電網(wǎng)不平衡引起的2f1±f0分量以及變頻器諧波和噪聲對(duì)診斷結(jié)果的影響。

為提取調(diào)制頻率基波分量，設(shè)變頻器輸出側(cè)A相電流信號(hào)為i(t)，其他剩余高次諧波、電網(wǎng)不平衡引起的分量以及噪聲設(shè)為res(t)，則i(t)=I0sin(ω0t+φ0)+res(t)。

現(xiàn)構(gòu)造2個(gè)與調(diào)制頻率基波同頻的參考信號(hào)，Iref為參考信號(hào)的幅值，有

M(t)=Irefsin(ω0t),M1(t)=Irefcos(ω0t)。

由文獻(xiàn)[20]可知，以A相為例，將A相電流信號(hào)iA(t)離散化，即可求得A相定子電流調(diào)制頻率基波分量的幅值IA0和相位φA0,則iA0(tk)=IA0sin(ω0tk+φA0)。

同理可依次求出B，C兩相的情況，在此不贅述。

則變頻器輸出側(cè)定子電流中調(diào)制頻率基波分量的離散時(shí)間序列為

這樣便可提取式變頻器輸出側(cè)定子電流中調(diào)制頻率基波分量。

4 逆調(diào)制頻率同步速變換提取定子故障特征

由同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系可得相坐標(biāo)系與逆同步速坐標(biāo)系之間的變換矩陣。令坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)速度為調(diào)制頻率同步速，變換矩陣可定義為

其中相坐標(biāo)系a軸與同步速坐標(biāo)d軸間的夾角θ=2πf0t+θ0,θ0為t=0時(shí)的初始夾角。

將矩陣任意兩列對(duì)調(diào)可使旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)反向，可得到逆調(diào)制頻率同步速坐標(biāo)系變換矩陣CN3→2。于是可將信號(hào)變換到逆調(diào)制頻率同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行計(jì)算，則

[id(tk)iq(tk)i0(tk)]T=CN3→2[iA0(tk)iB0(tk)iC0(tk)]T。

5 變頻器供電下定子故障實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

被測(cè)電機(jī)的型號(hào)為Y90S-4，其主要參數(shù)為額定電壓380 V，額定電流2.8 A，額定功率1.1 kW，額定轉(zhuǎn)速1 400 r/min，Y連接。電機(jī)由施耐德變頻器(型號(hào)為ATV32)驅(qū)動(dòng)，額定功率為1.5 kW，設(shè)定輸出頻率為f0=40 Hz。變頻器的輸入端設(shè)置3個(gè)單相調(diào)壓器用于模擬電網(wǎng)不平衡，系統(tǒng)采樣頻率為10 kHz,實(shí)測(cè)電網(wǎng)電壓頻率f1=50 Hz。上位機(jī)由Labview進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和故障分析，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成如圖2所示。

以A相三匝短路為例，采集故障電機(jī)定子電流的原始波形如圖3所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2 Experimental system

圖3 三相電流原始波形Fig.3 Original waveform of three-phase currents

表1 不同短路匝數(shù)下的計(jì)算結(jié)果Tab.1 Results under different short turns

圖4 靈敏度因子隨電網(wǎng)不平衡的變化趨勢(shì)Fig.4 Trends of severity factor with the increase of the unbalanced supply voltage sources

現(xiàn)模擬供電電源不平衡的情況，利用C相調(diào)壓器將C相電壓由電網(wǎng)電壓的90%按1%的步長(zhǎng)調(diào)節(jié)至100%依次實(shí)驗(yàn)。電機(jī)A相繞組短路匝數(shù)仍設(shè)為3，靈敏度因子隨電網(wǎng)不平衡變化的分析結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)供電電源不平衡程度加劇時(shí)，靈敏度因子數(shù)值趨于直線。由此驗(yàn)證了該算法在消除電網(wǎng)不平衡影響上的可行性。

考慮不同故障程度(電機(jī)正常、一匝、三匝和六匝短路故障)的情況下，各自數(shù)值的合成矢量幅值以及故障靈敏度因子的計(jì)算結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，隨著定子匝間短路故障匝數(shù)的增加，對(duì)應(yīng)靈敏度因子呈上升趨勢(shì)，數(shù)值明顯隨之增大。由此可見(jiàn)本算法提出的靈敏度因子在電機(jī)定子匝間短路故障中能準(zhǔn)確地反映出故障的嚴(yán)重程度。

6 結(jié) 論

在考慮三相電網(wǎng)供電電壓不平衡的基礎(chǔ)上，得出異步電機(jī)在變頻器供電下，發(fā)生定子匝間短路故障后三相定子電流信號(hào)由含有變頻器調(diào)制頻率基波、電網(wǎng)不平衡引起的2f1±f0分量、變頻器中5，7次為主的高次諧波以及噪聲組成。利用改進(jìn)型相關(guān)算法可準(zhǔn)確提取變頻器調(diào)制頻率基波分量，提出的逆調(diào)制頻率同步速變換，可將定子故障所產(chǎn)生的負(fù)序分量轉(zhuǎn)換成直流量單獨(dú)分離出來(lái)。考慮電機(jī)先天不平衡因素定義的靈敏度因子能正確反映出電機(jī)實(shí)際故障程度的變化趨勢(shì)，且對(duì)供電電源不對(duì)稱(chēng)具備魯棒性，對(duì)信號(hào)中變頻器的諧波成分和噪聲不敏感，方法有效可行。由于采用非侵入式檢測(cè)方法，工程應(yīng)用時(shí)簡(jiǎn)單、快捷，便于實(shí)現(xiàn)。

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[1] NANDI S,TOLIYIAT H A. Condition monitoring and faultdiagnosis of electrical machines-A review[A]. Conference Record IEEE-IAS, Annual Meeting[C].Phoenix:[s.n.],1999.197-204.

[2] ARKAN M,PEROVICC D K, UNSWORTH P. Online stator fault diagnosis in induction motors[J]. IEE Proceedings Electric Power Applications, 2001,148(6):537-547.

[3] 侯新國(guó),吳正國(guó),夏 立,等.瞬時(shí)功率分解算法在感應(yīng)電機(jī)定子故障診斷中的應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(5):110-115. HOU Xinguo, WU Zhengguo, XIA Li, et al. Application of instantaneous of power decomposition technique in induction motors stator fault diagnosis[J]. Proceedings of the CSEE,2005,25(5):110-115.

[4] 萬(wàn)書(shū)亭,李和明,許兆鳳.定子繞匝間短路對(duì)發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)特性的影響[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2004,24(4):157-161. WAN Shuting, LI Heming, XU Zhaofeng. Analysis of generator vibration characteristic on stator winding inter-turn short circuit fault[J]. Proceedings of the CSEE,2004, 24(4):157-161.

[5] 侯新國(guó),吳正國(guó),夏 立,等.基于相關(guān)分析的感應(yīng)電機(jī)定子故障診斷方法研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(4):83-86. HOU Xinguo, WU Zhengguo, XIA Li, et al. Staror winding fault diagnosis method of induction motor based on coherence analysis[J]. Proceedings of the CSEE, 2005, 25(4):83-86.

[6] 王旭紅,何怡剛.基于對(duì)角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的異步電動(dòng)機(jī)定子繞組匝間故障診斷方法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2009,29(7):60-63. WANG Xuhong, HE Yigang. Inter-turn fault detection of asynchronous motor stator winding based on diagonal recurrent neural network[J]. Electric Power Automation Equipment, 2009,29(7):60-63.

[7] 趙 娟,李國(guó)昌,張玉彬,等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的診斷系統(tǒng)的研究[J].河北工業(yè)科技,2010,27(6):378-381. ZHAO Juan,LI Guochang,ZHANG Yubin,et al.Study on integrated fault diagnosis system based on neural network data fusion technology[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2010,27(6):378-381.

[8] 夏 立,侯新國(guó),吳正國(guó).基于空間矢量法的感應(yīng)電機(jī)定子線圈故障檢測(cè)方法研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2004，8(1):22-24. XIA Li, HOU Xinguo, WU Zhengguo. A method for detecting stator winding faults in induction motors based on space vector[J].Electric Machines and Control, 2004,8(1):22-24.

[9] 黃 碩,郭立煒,劉玉坤,等.基于ARM和旋轉(zhuǎn)濾波的異步電機(jī)故障檢測(cè)方法的研究[J].河北工業(yè)科技,2012,29(6):406-410. HUANG Shuo,GUO Liwei,LIU Yukun,et al.Fault detection method of induction motor based on ARM and rotating filter[J].Electric Machines and Control,2012,29(6):406-410.

[10] 許伯強(qiáng),李和明,孫麗玲,等.異步電動(dòng)機(jī)定子繞組匝間短路故障檢測(cè)方法研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2004，24(7):177-182. XU Boqiang, LI Heming, SUN Liling, et al. Detection of stator winding inter-turn short circuit fault in induction motors[J].Proceedings of the CSEE, 2004,24(7):177-182.

[11] 張建文,姚 奇,朱寧輝,等.異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的故障診斷方法[J].高電壓技術(shù)，2007，33(6):114-117. ZHANG Jianwen, YAO Qi, ZHU Ninghui, et al. Method for diagnosing the stator winding faults in squirrel cage induction motor[J].High Voltage Engineering, 2007, 33(6):114-117.

[12] 安國(guó)慶,劉教民,劉玉坤,等.相關(guān)性消去法診斷變頻電源籠型電機(jī)斷條故障[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào), 2012,16(3):47-52. AN Guoqing, LIU Jiaomin, LIU Yukun, et al. Diagnosis of broken rotor bar fault in squirrel-cage motor fed with variable frequency power based on correlation filtering method[J]. Electric Machines and Control, 2012,16(3):47-52.

[13] 羅 銘,劉振興,黃 菲.變頻電源籠型異步電機(jī)斷條故障診斷仿真[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2008,12(2):139-142. LUO Ming, LIU Zhenxing, HUANG Fei. Diagnosis simulation of broken rotor bars in squirrel cage induction motor fed with variable frequency power[J]. Electric Machines and Control,2008,12(2):139-142.

[14] 石建飛,溫嘉斌.電流源變頻器供電異步電動(dòng)機(jī)諧波電流的仿真與分析[J].防爆電機(jī),2008,43(3):11-14. SHI Jianfei, WEN Jiabin. Simulation and analysis of harmonic current in induction motor fed by current source converter[J]. Explosion Proof Electric Machine,2008,43(3):11-14.

[15] 胡文彪,夏 立,向東陽(yáng),等.變頻電源驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電機(jī)定子短路故障診斷方法[J].高電壓技術(shù)，2010,36(11):2693-2697. HU Wenbiao, XIA Li, XIANG Dongyang, et al. Diagnosis of stator winding short circuit faults in induction motors fed with variable frequency power[J]. High Voltage Engineering, 2010,36(11):2693-2697.

[16] 方 芳,楊士元,侯新國(guó),等.派克矢量旋轉(zhuǎn)變換在異步電機(jī)定子故障診斷中的應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2009,29(12):99-103. FANG Fang, YANG Shiyuan, HOU Xinguo, et al. Application of park′s vector rotating transformation for stator fault diagnosis in induction motor[J]. Proceedings of the CSEE,2009,29(12):99-103.

[17] 侯新國(guó),卜樂(lè)平,邵 英.帶變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)故障診斷研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2011,15(8):23-28. HOU Xinguo, BU Leping, SHAO Ying. Research on faults diagnosis methods of induction motors with variable frequency driver system[J].Electric Machines and Control, 2011,15(8):23-28.

[18] 方 芳,楊士元,侯新國(guó),等.一種計(jì)算負(fù)序電流的新方法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,33(5):872-875. FANG Fang, YANG Shiyuan, HOU Xinguo, et al. A novel method of calculating negative sequence current[J]. Journal of Wuhan University of Technology,2009, 33(5):872-875.

[19] 王兆安,黃 俊.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006. WANG Zhaoan ,HUANG Jun. Power Electronics Technology[M].Beijing:China Mechine Press,2006.

[20] 安國(guó)慶,劉教民,郭立煒,等.利用相關(guān)性基波消去法診斷電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2011,15(3):69-73. AN Guoqing, LIU Jiaomin, GUO Liwei, et al. Diagnosing rotor broken bar fault in motor by using correlation fundamental component filtering method[J]. Electric Machines and Control, 2011,15(3):69-73.

Stator fault diagnosis in induction motor fed with variable converter via improved correlation algorithm

MA Shaoxu1, GUO Liwei2, AN Guoqing1, LIU Yukun2

(1.School of Electrical Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebei 050018, China; 2.School of Information Science and Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebei 050018, China)

When induction motor is fed with variable converter, the harmonic components soared in stator current, and the diagnosis of stator inter-turn short circuit fault is different from the case of direct power network. Furthermore, both the unbalanced supply voltage sources and the inherent asymmetries in the motor will affect diagnosis. To solve the above problems, the reference signals are constructed by modulated frequency, and the fundamental component of modulated frequency in the stator current can be obtained accurately to avoid the influence of the unbalanced supply voltage and higher harmonic produced by converter. And the positive sequence component of modulation frequency is turned into the second harmonic by using synchronous speed transformation of the inverse modulated frequency, and the negative sequence one is transformed into the DC component. The DC component can be separated out by taking the mean algorithm applied to samplings of whole period. A sensitivity factor is defined to evaluate the severity extension of the inter-turn short circuit faults in the stator, which takes into account the manufactured asymmetry of the induction motor. Experiment results indicate that the sensitivity factor can accurately reflect the fault characteristics of the inter-turn short circuit, the influences of harmonics and noise can be avoided, and the algorithm has strong robustness on the unbalance of supply voltage. This method is feasible.

induction motor; inter-turn short circuit; frequency converter; correlation algorithm; synchronous-speed coordinate transformation

1008-1542(2014)01-0039-07

10.7535/hbkd.2014yx01008

2013-08-30；

2013-10-16；責(zé)任編輯：李 穆

河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(13214401D)；河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究青年基金(Q2012126)

麻少旭(1985-)，男，河北邢臺(tái)人，碩士研究生，主要從事電機(jī)故障診斷方面的研究。

E-mail：mashaoxu1826@163.com

TM346

A

麻少旭，郭立煒，安國(guó)慶，等.基于改進(jìn)型相關(guān)算法的變頻異步電機(jī)定子故障診斷[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(1)：39-45.

MA Shaoxu, GUO Liwei, AN Guoqing,et al.Stator fault diagnosis in induction motor fed with variable converter via improved correlation algorithm[J].Journal of Hebei University of Science and Technology,2014,35(1):39-45.