基于开关瞬态高频振荡的变频电机早期绝缘劣化状态监测机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51907116
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0703.电机及其系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The high-frequency pulse voltages generated by inverter will threaten the long-term operation life of inverter-fed motor insulation and lead to insulation failure. The incipient insulation failure would rapidly develop to serious inter-turn and/or phase-to-ground short-circuit faults, resulting in catastrophic consequences. Actually, insulation failure is a slow process with gradual deterioration of insulation performance. On-line monitoring of insulation deterioration can eliminate the potential fault prior to system breakdown. However, the existing technologies remain great challenges in sensitivity. Previous research indicates that the high frequency resonance impedance of motor winding can effectively reflect the small change of insulation state. The main concept of this project is to monitor the health state of motor insulation using high frequency switching transient oscillation generated by the power electronic inverter itself. By establishing the small time scale transient model of power devices and the high frequency distributed parameter model of motor windings, the interaction of PWM switching transient between inverter and motor windings is explicated. The frequency-response characteristics and resonance mode distribution are obtained, and the formation mechanism of transient oscillation current is revealed. On that basis, the signal acquisition and feature extraction methods of high frequency transient oscillating current are researched, and the quantitative relationship between the variation of insulation state and the response characteristics of oscillating current are clarified. The project research is expected to achieve high sensitivity and non-intrusive on-line monitoring for incipient insulation deterioration of inverter-fed motor.
逆变器产生的高频脉冲电压会威胁变频电机绝缘长期运行寿命,导致绝缘失效并迅速发展为严重的电机匝间和相地故障,引发灾难性后果。实际系统中,电机绝缘失效通常表现为绝缘性能缓慢退化的渐变过程。在线监测电机早期绝缘劣化状态可在故障潜伏性阶段消除隐患,但现有技术在灵敏度上尚存在较大挑战。前期研究发现电机高频谐振阻抗能有效反映绝缘状态的微小变化,为此项目提出利用逆变器自身功率器件高速开关产生的大量高频瞬态振荡电流在线监测电机绝缘运行状态。为深入理解其机理,将建立功率器件小时间尺度瞬态模型和电机绕组高频分布参数模型,明确逆变器PWM开关与电机绕组的瞬态交互作用,获取系统频率响应特性和谐振模态分布,揭示高频振荡的形成机理和特性。在此基础上,研究高频瞬态振荡电流检测与特征提取方法,探索绝缘状态变化对振荡电流响应特征的作用规律和定量关系。项目研究可望实现变频电机早期绝缘劣化状态的高灵敏度和非侵入式在线监测。

结项摘要

变频电机广泛应用于风力发电、新能源汽车、高速列车牵引、船舶电力推进等领域。定子绝缘失效是引发电机故障的重要原因。逆变器高速开关动作产生的高dv/dt冲击会加速定子绕组绝缘老化。在线监测电机早期绝缘劣化状态可在故障潜伏性阶段消除隐患。项目提出利用逆变器自身功率器件高速开关产生的高频瞬态振荡电流在线监测电机绝缘运行状态的研究思路,重点围绕变频电机系统开关振荡机理与特性、绝缘状态劣化对开关瞬态振荡电流的作用规律、绝缘敏感特征提取与状态监测方法展开研究,建立了功率器件开关瞬态模型和电机绕组宽频域模型,揭示了变频电机多模态开关振荡电流的形成机理,明确了各主导模态的传导路径、参与因子和谐振特性。在此基础上,开发了非接触式高频开关振荡电流传感器与检测装置,并提出了基于开关振荡敏感模态和本征特征的电机绝缘早期状态监测方法。研究结果表明:变频电机开关振荡响应电流主要包含高频差模、高频共模和中频共模三个主导模态分量。利用高频开关振荡电流“拖尾分量”能够高灵敏地监测电机绕组早期匝绝缘劣化,利用高频共模谐振频率特征可实现绕组端部绝缘状态的皮法级定量评估。此外,利用多模态开关振荡进行状态感知可以拓宽至变频电机系统其它关键件的状态感知(如功率器件、直流电容、电缆等)。项目共计发表高水平学术论文(SCI/EI)15篇,授权中国发明专利4项,研究成果可为变频电机系统高灵敏状态感知与早期预警提供理论和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Online Monitoring of Lithium-ion Battery Internal Temperature Using PWM Switching Oscillations
使用 PWM 开关振荡在线监测锂离子电池内部温度
  • DOI:
    10.1109/tpel.2022.3202939
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Power Electronics
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Dawei Xiang;Chen Yang;Hao Li;Yiheng Zhou;Sitian Zhu;Yipeng Li
  • 通讯作者:
    Yipeng Li
主绝缘劣化对变频电机宽频开关振荡特性的影响
  • DOI:
    10.16081/j.epae.202204017
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    电力自动化设备
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾奕;李豪;向大为;严浩;郑燕;杨兴武
  • 通讯作者:
    杨兴武
电机绝缘在线监测用高频电流传感器设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    电力电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘博文;董志文;李豪;刘静宇
  • 通讯作者:
    刘静宇
栅极氧化层老化下的SiC MOSFET高频开关振荡特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李豪;成芮俊杰;向大为;田鑫
  • 通讯作者:
    田鑫
三电平Buck-Boost变流器直流电容检测与均压
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    电力电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔勇;董志文;李豪
  • 通讯作者:
    李豪

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其他文献

超声振动对玻纤增强聚丙烯复合材料注射成型特性的影响
  • DOI:
    10.13801/j.cnki.fhclxb.20150310.002
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    复合材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜开宇;李豪;左军超;吉智
  • 通讯作者:
    吉智
基于SBAS/PS-InSAR技术的滑坡遥感监测对比研究
  • DOI:
    10.14075/j.jgg.2021.04.013
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    大地测量与地球动力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    付波霖;解淑毓;李涛;李豪;左萍萍;高二涛
  • 通讯作者:
    高二涛
臭氧氧化酸性玫瑰红染料模拟废水及动力学特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    水处理技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    田兆龙;汪晓军;葛启龙;齐鲁青;李豪
  • 通讯作者:
    李豪
一种自适应混合权重的自步学习方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    软件学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李豪;赵悦;公茂果;武越;刘洁怡
  • 通讯作者:
    刘洁怡
一体化臭氧-曝气生物滤池处理酸性玫瑰红印染模拟废水
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    环境工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    葛启龙;汪晓军;田兆龙;齐鲁青;李豪
  • 通讯作者:
    李豪

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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