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拓扑与电路
★ 5.0
一种基于阻抗谱分段的逆变器供电电机定子匝间绝缘退化监测新方法
A Novel Method for Monitoring Stator Interturn Insulation Degradation of Inverter-Fed Motors Based on Impedance Spectrum Division
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 拓扑与电路 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 逆变器供电电机 定子匝间绝缘监测 开关暂态电流响应 绕组阻抗谱 匝间绝缘监测指标 |
语言:
中文摘要
近年来，开关暂态响应法在监测逆变器供电电机（IFMs）定子绝缘方面受到广泛关注。该方法能够检测出早期绝缘劣化情况，从而避免严重的绝缘故障。然而，在匝间绝缘监测方面，相电流中的暂态响应与匝间绝缘劣化之间的关系尚不明确。本文提出了一种基于开关暂态电流响应监测逆变器供电电机定子匝间绝缘的新方法。建立了定子绕组的集总参数模型，并分析了基于该模型进行绝缘状态监测的绕组阻抗谱划分。然后，验证了匝间绝缘劣化对绕组阻抗谱不同区域的影响，并基于阻抗谱划分从暂态电流响应中提取了一个匝间绝缘监测指标（IIMI）。还分析了合格脉宽调制（PWM）激励的确定方法。最后，在磁场定向控制下，利用一台3千瓦永磁同步电机（PMSM）对所提方法进行了验证，实验结果表明，所提的匝间绝缘监测指标对匝间绝缘劣化具有高度敏感性。
English Abstract
The switching transient response method has become popular in recent years for monitoring of stator insulation in inverter-fed motors (IFMs). It can detect early insulation degradation and thus prevent serious insulation failures. However, for interturn insulation monitoring, the relationship between the transient response in phase current and interturn insulation degradation is not clear. In this article, a novel method for monitoring stator interturn insulation in IFMs based on switching transient current response is proposed. A lumped-parameter model of stator winding is established, and the division of winding impedance spectrum for insulation condition monitoring based on this model is analyzed. Then, the effect of interturn insulation degradation on the different regions of winding impedance spectrum is verified, and an interturn insulation monitoring indicator (IIMI) extracted from the transient current response based on the impedance spectrum division is proposed. The determination of qualified PWM excitation is also analyzed. Finally, the proposed method was verified using a 3 kW PMSM under field oriented control, and the experimental results show that the proposed IIMI is highly sensitive to the interturn insulation degradation.
S
SunView 深度解读
从阳光电源业务视角来看，这项基于阻抗谱分段的定子匝间绝缘监测技术具有重要的应用价值。该技术针对逆变器驱动电机的绝缘退化早期检测问题，与我们在光伏逆变器、储能变流器及新能源车电驱系统中的核心痛点高度契合。
在技术价值层面，该方法通过分析PWM开关暂态电流响应来监测匝间绝缘状态，提出的绝缘监测指标（IIMI）对绝缘退化具有高灵敏度。这对阳光电源的储能变流器和电驱控制器产品线意义重大——这些系统中的电机和变压器绕组长期承受高频PWM电压应力，绝缘退化是导致系统失效的主要原因之一。若能在早期阶段检测到绝缘劣化，可显著降低光伏电站和储能电站的非计划停机损失，提升系统全生命周期可靠性。
从技术成熟度评估，该方法已在3kW永磁同步电机上完成实验验证，但距离工业化应用仍需突破几个关键点：首先是算法在大功率系统（MW级储能变流器、风电变流器）中的适用性验证；其次是如何在实际工况的强电磁干扰环境下保证检测精度；第三是需要建立不同电机拓扑和绕组结构的阻抗谱基准数据库。
应用机遇方面，该技术可与阳光电源现有的智能运维平台深度融合，形成预测性维护能力。特别是在储能系统和电动汽车驱动系统中，通过嵌入式实时监测可实现从被动维修向主动预防的转变。建议公司评估该技术的专利布局情况，考虑通过产学研合作加速技术转化，抢占高可靠性逆变器系统的技术制高点。