檢測電機(jī)的定子繞組端部接地的電路與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)調(diào)速與電機(jī)保護(hù)技術(shù)，尤其涉及由級聯(lián)型高壓變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子繞組端部接地的檢測方法與電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對節(jié)能降耗的日益重視，作為耗電最多的設(shè)備，越來越多的電動機(jī)采用了變頻器進(jìn)行調(diào)速，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但變頻器的輸出是脈沖寬度調(diào)制(PWM)電壓，輸出電壓變化率很高，容易導(dǎo)致電機(jī)絕緣失效，對于高壓電機(jī)尤其如此。為了消除上述不利影響，變頻器需要經(jīng)過輸出濾波器才能驅(qū)動普通的交流電動機(jī)。
[0003]Peter W.Hammond在1995年提出了級聯(lián)型高壓變頻器，可通過低壓電力變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)高壓電力變換，并已經(jīng)成為高壓變頻器的主流技術(shù)，輸出電壓電平數(shù)多，不再需要輸出濾波器。但輸出電壓變化率仍然較高，電機(jī)的絕緣破壞問題仍然存在，有必要對電機(jī)定子繞組(主要是繞組輸入端和繞組中性點(diǎn))的接地狀況進(jìn)行檢測，以對電機(jī)繞組的絕緣破壞早期診斷，以避免造成嚴(yán)重生產(chǎn)損失。
[0004]在級聯(lián)型高壓變頻器中，每相都由多個功率單元串聯(lián)組成，每個功率單元事實(shí)上都是一個獨(dú)立的單相變頻器，在這種情況下，傳統(tǒng)的中低壓變頻器中的電機(jī)繞組接地檢測方法已無法適用。
[0005]針對這種情況，實(shí)用新型CN2727751Y公開了一種中高壓變頻器輸出接地檢測電路(附圖1)，通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)分別檢測高壓變頻器的三相輸出電壓。在正常情況下三相電壓之和為零，電阻Rr不通過電流；當(dāng)電機(jī)定子繞組某輸入端接地時，三相電壓之和不再為零，從而有電流通過電阻Rr，該電流達(dá)到一定幅度時即可判斷電機(jī)的輸入端接地。這種方法雖然可用于級聯(lián)型高壓變頻器的電機(jī)定子繞組輸入端的接地檢測，但對于電機(jī)定子繞組的中性點(diǎn)接地卻無能為力；另外，由于Rr流過的電流是通過測量其兩端電壓獲得的，信號中存在很強(qiáng)的干擾噪音，根據(jù)噪音，根據(jù)電壓幅值判斷接地狀況準(zhǔn)確性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供檢測電機(jī)的定子繞組端部接地的電路與方法。借助該方法與電路，可以對電機(jī)定子繞組的輸入端接地和中性點(diǎn)接地同時進(jìn)行準(zhǔn)確檢測與診斷。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一技術(shù)方案為級聯(lián)型高壓變頻器對于電機(jī)定子繞組接地進(jìn)行檢測的電路，檢測電機(jī)的定子繞組端部接地的電路，包括高壓變頻器的三相輸出端與機(jī)殼之間的串聯(lián)電阻和高壓變頻器的輸出中性點(diǎn)與機(jī)殼之間的串聯(lián)電阻，其特征在于，
[0008]三相輸出端與機(jī)殼之間的串聯(lián)電阻中的對應(yīng)位置的電阻阻值相等;各三相輸出端與機(jī)殼之間串聯(lián)的電阻公共端分別作為輸出三相電壓的檢測端，與機(jī)殼之間的電壓作為高壓變頻器的輸出電壓信號送至高壓變頻器的控制器；
[0009]輸出中性點(diǎn)與機(jī)殼之間通過串聯(lián)的電阻公共端與機(jī)殼之間的電壓作為變頻器中線電壓信號送至高壓變頻器的控制器;高壓變頻器的各相輸出電壓中除基波分量外，還具有幅值、相位都相同的三次諧波分量。
[0010]第二技術(shù)方案基于第一技術(shù)方案，其特征在于，各組串聯(lián)電阻中，電阻公共端與機(jī)殼之間的阻值低于電阻公共端與另一端之間的阻值。
[0011]第三技術(shù)方案，基于第一技術(shù)方案，其特征在于，輸出中性點(diǎn)與機(jī)殼之間的串聯(lián)電阻總阻值低于各三相輸出端與機(jī)殼之間的串聯(lián)電阻的總阻值。
[0012]第四技術(shù)方案為檢測電機(jī)的定子繞組端部接地的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0013]A、實(shí)時采集高壓變頻器的三相輸出電壓信號和中線電壓信號；
[0014]B、計(jì)算三相輸出電壓信號中的基波分量幅值信息和中線電壓的三次諧波分量幅值?目息;
[00?5] C、根據(jù)三相輸出電壓信號的基波分量幅值信息計(jì)算三相輸出電壓的基波不平衡度；
[0016]D、根據(jù)計(jì)算出的三相輸出電壓的基波不平衡度和預(yù)先設(shè)定的基波不平衡度門限判斷電機(jī)定子繞組的輸入端是否接地，如果接地，報警然后轉(zhuǎn)A;如果沒有接地，轉(zhuǎn)Ε;
[0017]E、根據(jù)計(jì)算出的中線電壓的三次諧波分量幅值信息和預(yù)先設(shè)定的三次諧波幅值信息門限判斷電機(jī)定子繞組的中性點(diǎn)是否接地，如果接地，報警然后轉(zhuǎn)A;如果沒有接地，直接轉(zhuǎn)A。
[0018]第五技術(shù)方案基于第四技術(shù)方案，其特征在于，在步驟B中，所述的基波分量幅值信息為基波分量幅值的平方，由輸出電壓相位角的三角函數(shù)值計(jì)算得出。
[0019]第六技術(shù)方案基于第四技術(shù)方案，其特征在于，在步驟B中，所述的三次諧波分量幅值信息為三次諧波分量幅值的平方，由輸出電壓相位角的三角函數(shù)值計(jì)算得出。
[0020]第七技術(shù)方案基于第四技術(shù)方案，其特征在于，在步驟D中，
[0021]將計(jì)算出的基波不平衡度與上述預(yù)先設(shè)定的基波不平衡度門限直接相比較，如果超過，則判定為電機(jī)定子繞組的輸入端接地;如果沒有超過，則判定為電機(jī)定子繞組的輸入端沒有接地。
[0022]第八技術(shù)方案基于第四技術(shù)方案，其特征在于，在步驟D中，
[0023]將計(jì)算出的基波不平衡度與上述的基波不平衡度門限相比較，并根據(jù)比較結(jié)果修改計(jì)數(shù)器M，如果超過則計(jì)數(shù)器Μ值加1，如果沒有超過則計(jì)數(shù)器Μ清0;
[0024]如果計(jì)數(shù)器Μ值達(dá)到預(yù)定值Ml，則判定為電機(jī)定子繞組的輸入端接地；
[0025]如果沒有達(dá)到，則判定為電機(jī)定子繞組的輸入端沒有接地。
[0026]第九技術(shù)方案基于第四技術(shù)方案，其特征在于，在步驟E中，將中線電壓的三次諧波分量幅值信息與所述的三次諧波幅值信息門限直接比較，如果超過，則判定為電機(jī)定子繞組的中性點(diǎn)接地;如果沒有超過，則判定為電機(jī)定子繞組的中性點(diǎn)沒有接地。
[0027]第十技術(shù)方案基于第四技術(shù)方案，其特征在于，在步驟E中，
[0028]將計(jì)算出的中線電壓三次諧波分量幅值信息與所述的三次諧波幅值信息門限相比較，并根據(jù)比較結(jié)果修改計(jì)數(shù)器N，如果超過則計(jì)數(shù)器N值加1，如果沒有達(dá)到則計(jì)數(shù)器N清0；
[0029]如果計(jì)數(shù)器N值達(dá)到預(yù)定值N1，則判定為電機(jī)定子繞組的中性點(diǎn)接地；
[0030]如果沒有達(dá)到，則判定為電機(jī)定子繞組的中性點(diǎn)沒有接地。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為現(xiàn)有電機(jī)定子繞組的接地檢測電路示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明電機(jī)定子繞組的接地檢測電路示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明電機(jī)定子繞組的接地檢測方法示意圖；
[0034]圖4為一種本發(fā)明電機(jī)定子繞組輸入端接地的判斷方法；
[0035]圖5為一種本發(fā)明電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)接地的判斷方法。
[0036]【部件符號說明】
[0037]A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3:功率單元
[0038]M:電動機(jī)
[0039]CC:高壓變頻器的控制系統(tǒng)
[0040 ]U、V、W:高壓變頻器的三相輸出端，電機(jī)定子繞組的三相輸入端
[0041]N:高壓變頻器的輸出中性點(diǎn)
[0042]U1、U2、V1、V2、W1、W2:三相輸出電壓檢測分壓電阻
[0043]N1、N2:中線電壓檢測分壓電阻
[0044]u、v、w:三相輸出電壓的檢測點(diǎn)
[0045]η:中線電壓檢測點(diǎn)
[0046]g:機(jī)殼接地點(diǎn)
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖及本發(fā)明的實(shí)施例對本發(fā)明檢測電機(jī)的定子繞組端部接地的電路與方法作進(jìn)一步說明。
[0048]圖2為本發(fā)明級聯(lián)型高壓變頻器檢測電機(jī)定子繞組接地的電路示意圖。在圖2中，高壓變頻器的三相輸出端U、V、W與機(jī)殼之間分別有電阻U1和U2、電阻VI和V2、電阻W1和W2串聯(lián)，高壓變頻器的輸出中性點(diǎn)N與機(jī)殼之間有電阻N1和N2串聯(lián)。
[0049]其中三相串聯(lián)電阻U1和U2、VI和V2、W1和W2中的對應(yīng)位置的電阻，例如Ul、V1、W1的阻值相等，U2、V2、W2的阻值也相等;U1和U2的串聯(lián)公共端u作為高壓變頻器U相輸出電壓的檢測端，VI和V2的串聯(lián)公共端V作為高壓變頻器V相輸出電壓的檢測端，W1和W2的串聯(lián)公共端w作為高壓變頻器W相輸出電壓的檢測端，u g、v g、w g之間的電壓Uug、Uvg、Uwg或直接或經(jīng)過調(diào)理后作為高壓變頻器的三相輸出電壓信號送給高壓變頻器的控制器CC;N1和N2的串聯(lián)公共端η與g點(diǎn)之間的電壓Ung或直接或經(jīng)調(diào)理后作為高壓變頻器的中線電壓信號送給控制器CC;在變頻器中，為了提高輸出電壓的幅度，變頻器的各相輸出電壓除了幅值相等、相位依次相差120°的基波信號外，還含有幅值、相位都相同的三次諧波信號；在這種情況下，高壓變頻器的控制器CC就可以依據(jù)接收到的Uug、Uvg、Uwg和Ung信號，判斷電動機(jī)Μ的定子繞組的輸入端和中性點(diǎn)的接地狀況，從而對電動機(jī)的定子繞組與電動機(jī)機(jī)殼的絕緣狀況進(jìn)行評估。
[0050]在圖2中，各組串聯(lián)電阻中，連接機(jī)殼的電阻U2、V2、W2的阻值小于連接各相輸出1]1、￥1、胃1的阻值，吧的阻值也小于附的阻值，這樣1]呢、1^、1^、1]即的電壓較低，可使有關(guān)的信號線處于安全電壓范圍。
[0051 ]在圖2中，輸出中性