LabVIEW开发异步电动机定子故障在线诊断系统

三相感应电机（IM）因其简单性、坚固性和可靠性而广泛用于许多工业应用。然而，对于需要高可靠性的特定领域，如汽车、航空航天、军事和核能，使用经典的三相IM似乎不再适用，因为一个或多个电机相位的损失会导致整个系统的不可行性。多相驱动系统的主要应用是那些需要高能量、高功率密度、小转矩脉动和/或容错的系统，例如全电动船舶推进、更多电动飞机、电动汽车和铁路牵引。

 容错在电动机驱动环境中确实至关重要，可确保系统连续平稳运行，保持正弦气隙通量。在对称定子绕组配置的六相感应电动机驱动器中，任意两个连续定子相位之间的角度为60电度。虽然旋转转子参考系广泛用于电动机的分析，但静止参考系更适合于6PIM中的定子故障分析，因为它允许精确定义故障相位。

尽管多相IM具有固有的容错特性，但也容易发生故障，即定子故障。已经为多相电机提出了各种故障诊断方法，特别是针对开路故障（OCF）和/或开路开关故障（OSF）的诊断。

双三相电机也被认为是增强容错能力的有效解决方案。本机配有两个独立供应的相同绕组。它是完全冗余系统的替代方案，完全冗余系统需要两个电机和两个逆变器，导致解决方案更加昂贵和笨重。文献中涉及双三相电机的多种技术，但兴趣主要集中在IM上。采用永磁（PM）转子和无重叠线圈的分数槽绕组开启了新的自由度，可以获得更高的性能并满足更广泛应用的要求

值得注意的是，任何用于诊断ITSC缺陷的在线监测系统都必须具有高灵敏度，因为必须在开发的早期阶段发现故障。此外，建议使用非侵入性测量方法，以避免干扰所调查机器的持续运行或性能。由于在常规机器操作期间可能发生多种情况，例如负载变化、USV或机器固有不对称的存在，所有上述方法的功效都可能受到限制或大大降低。此外，将现有的FD方法实施到多相电机可能特别具有挑战性，要么是因为难以实现可扩展性的困难，要么是因为在具有高相数的电机中实施现有FD方法时涉及过多的计算工作量，要么是因为在更复杂的系统中实施此类算法（如多相电机）时效果有限。每种诊断方法的复杂性及其在线应用的可行性可能被认为是确定哪种方法理想的关键标准。

本项目采用一种在多三相或六相IM中在线诊断ITSC故障和USV状况的新方法。所提出的方法结合了简单性和稳健性，即使在最具挑战性的运行条件下（如负载变化）也能实现有效的诊断。基频幅度及其相应的相位角是使用6PIM定子电压测量，通过短时间最小二乘Prony（STLSP）技术确定的。同时，Fortescue变换用于确定相关的电压对称分量。然后计算和监控建议的指标，称为零电压因数（ZVF）和负电压因数（NVF）。借助LabVIEW软件，所有这些阶段都是实时执行，从而可以在线监测多相系统的ZVF和NVF。进行了几次实验测试，以证明所建议策略的有效性。目标是研究ZVF和NVF在存在低至轻度ITSC故障和USV条件以及负载变化时的行为，同时对ITSC故障和USV条件进行准确区分。所建议的方法即使在具有挑战性的情况下，也能在检测少量短路转弯和区分ITSC故障和USV条件方面表现出出色的可靠性。这些功能与简单性、非侵入性和实时实施能力相结合。

研究侧重于基于对称6PIM的多相电驱动设计。所研究的多相IM由两组相距60°的三相绕组组成，形成对称的空间分布。尽管为了方便起见，在电力驱动领域使用了多个参考系，但相位变量可用于表征这些系统的行为。当系统恶化或在多种模式下运行时，条件指示器是以可预测的方式变化的数据属性。条件指示器是可用于区分正常功能和病理功能的特征。它可以使用简单的分析来计算，例如数据的平均值的时域评估，也可以依靠更复杂的信号分析来计算，例如信号频谱中特定特征分量的幅度。

电压对称分量的测量对于检测和区分ITSC故障可能至关重要，因为ITSC故障会造成定子电压和电流的不平衡。事实上，国际电工委员会（IEC）将电压不平衡因子（VUF）定义为负电压对称分量和正电压对称分量之间的比率，经常用于识别和评估供电网络中的电压不平衡。

任何类型的信号处理，包括时域、频域和时频分析，都可用于推导出基于信号的条件指示器。下图使用基本的三相定子电压测量实时提取建议的指示器。

新的实时系统，用于诊断定子故障并区分ITSC故障和USV状况。建议的技术采用STLSP方法来计算和跟踪名为ZVF和NVF的适当指标，该指标允许在6PIM中快速可靠地识别早期ITSC故障。只需采用相位到中性线电压测量并应用Fortescue变换即可成功实现这些目标。建议指标的行为已在实验环境中进行了测试。完成在线ZVF和NVF计算并执行其连续评估的能力已成功得到证明。所获得的研究结果支持了所提方法的可靠性、准确性和适应性，表明所提出的指标是检测ITSC故障和USV状况的非常可靠的指示。

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