专利名称：用于交流发电机定子匝间短路检测的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于提供交流发电机的定子中的匝间短路检测的系统和方法，更具体地涉及一种用于通过下列步骤提供车辆交流发电机的定子中的匝间短路检测的系统和方法确定交流发电机的速度、确定整流交流发电机的电流或电压信号中的交流发电机脉动电流频率、通过所述交流发电机脉动电流频率确定绕组脉动电流频率、确定所述绕组脉动电流频率的振幅并且将所述振幅与估计振幅比较。
背景技术：
车辆通常包括交流发电机，所述交流发电机在车辆运行时提供为车辆电池充电并且使车辆电气系统运转的电功率。所述交流发电机包括与由车辆发动机驱动的柔性皮带接合的带轮，其中所述皮带还驱动其他车辆部件-例如动力转向泵、空气压缩机等。随着皮带旋转交流发电机带轮，所述带轮旋转所述交流发电机的定子内的转子，其中所述转子通常具有永磁体，而所述定子包括一个或多个盘绕线圈。典型的车辆交流发电机将包括生成三个AC信号的彼此异相90°的三个定子绕组，所述三个AC信号发送至三相二极管桥式整流器以将AC信号转换成适于为电池充电的DC信号。所述交流发电机还将包括调整DC信号的调压器。所述二极管桥式整流器在DC信号上生成作为转换因数的AC脉动信号。可以执行各种滤波技术和其他操作以便减少由整流转换生成的脉动电流，但是在DC信号上将仍有可被检测到的一定水平的AC脉动。如上所述，车辆交流发电机的定子包括多个绕组，所述绕组通常是由绝缘物封装的窄导线，所述绝缘物防止导线彼此电接触和短路。通过车辆操作和其他方式，导线的绝缘有时会被损坏，从而导致在本行业中称为匝间短路故障的导线之间的短路。此外，绕组可能会短路接地，这也会具有与匝间短路故障同样的非期望影响。如果在一个绕组中发生了匝间短路，取决于短路涉及的绕组的数量，交流发电机的特定相将具有减小的输出电流，这将减小交流发电机的扭矩。进一步，如果这些相的一个具有较低的输出电流，那么交流发电机可能变得不平衡，从而可能导致振动。进一步，如果匝间短路故障足够明显，那么交流发电机可能过热，从而可能损坏交流发电机部件-例如交流发电机的芯。目前，不存在用于检测车辆交流发电机中的匝间短路故障的技术。然而，在其他行业，检测相关电机-最著名的是高压AC电机的匝间短路已为人们所知。例如，已为人们公知的是检测由绕组绝缘损坏导致的局部放电所引发的电机内的高频电流。在另一种技术中，在电机中测量每个绕组相的电压和电流并将其互相比较，以检测指示匝间短路的负电流顺序。又一种技术使用频谱分析来检测电机中的匝间短路，但是还需要来自每个绕组的相电压和电流测量值。检测电机中的匝间短路的另一种技术监测马达控制信号以便检测因控制信号试图补偿短路而发生的故障标签。方案I. 一种用于确定交流发电机的定子绕组中是否发生匝间短路的方法，所述方法包括
确定所述交流发电机的输出电压或电流，其中所述输出电压或电流包括所述交流发电机的输出的AC至DC转换所导致的交流发电机脉动电流频率；
确定所述交流发电机的速度；
通过所述交流发电机的速度确定所述交流发电机的交流发电机脉动电流频率；
通过所述交流发电机脉动电流频率确定绕组脉动电流频率；
确定所述绕组脉动电流频率的振幅；
将所述绕组脉动电流频率的振幅与预定振幅比较；以及
如果所述绕组脉动电流频率的振幅与所述预定振幅之间的差值大于预定阈值，则确定发生了匝间短路。方案2.如方案I所述的方法，其中确定所述交流发电机的输出电压或电流包括测量电池的电流或电压，其中所述交流发电机为所述电池充电。方案3.如方案I所述的方法，其中确定所述发电机的速度包括基于车辆发动机的速度以及所述交流发电机的带轮比率来确定所述交流发电机的速度。方案4.如方案I所述的方法，其中确定所述交流发电机的速度包括执行快速傅里叶变换(FFT)操作来识别所述交流发电机的输出电压或电流的频谱信号、识别已知其内存在所述交流发电机脉动电流频率的频谱信号内的峰值检测捜索范围、将所述搜索范围内的最高峰值频率识别为所述交流发电机脉动电流频率、以及将所述最高峰值频率转换成所述交流发电机速度。方案5.如方案I所述的方法，其中确定所述绕组脉动电流频率包括使用下述公式
ω=1 / 3*(RPMalt*电极对数量* ニ极管数量/ 60)
其中ω是所述绕组脉动电流频率，RPMalt是所述交流发电机的速度，电极对数量是所述交流发电机中的电极对的数量，而ニ极管数量是整流电路中的ニ极管的数量。方案6.如方案I所述的方法，其中确定所述绕组脉动电流频率的振幅包括对所述交流发电机的输出电压或电流执行快速傅里叶变换(FFT)以得到频谱信号。方案7.如方案6所述的方法，其中执行所述FFT程序包括执行单频率FFT程序。方案8.如方案7所述的方法，其中确定所述绕组脉动电流频率的振幅包括使用下述公式
权利要求
1.ー种用于确定交流发电机的定子绕组中是否发生匝间短路的方法，所述方法包括 确定所述交流发电机的输出电压或电流，其中所述输出电压或电流包括所述交流发电机的输出的AC至DC转换所导致的交流发电机脉动电流频率； 确定所述交流发电机的速度； 通过所述交流发电机的速度确定所述交流发电机的交流发电机脉动电流频率； 通过所述交流发电机脉动电流频率确定绕组脉动电流频率； 确定所述绕组脉动电流频率的振幅； 将所述绕组脉动电流频率的振幅与预定振幅比较；以及 如果所述绕组脉动电流频率的振幅与所述预定振幅之间的差值大于预定阈值，则确定发生了匝间短路。
2.如权利要求I所述的方法，其中确定所述交流发电机的输出电压或电流包括测量电池的电流或电压，其中所述交流发电机为所述电池充电。
3.如权利要求I所述的方法，其中确定所述发电机的速度包括基于车辆发动机的速度以及所述交流发电机的带轮比率来确定所述交流发电机的速度。
4.如权利要求I所述的方法，其中确定所述交流发电机的速度包括执行快速傅里叶变换(FFT)操作来识别所述交流发电机的输出电压或电流的频谱信号、识别已知其内存在所述交流发电机脉动电流频率的频谱信号内的峰值检测捜索范围、将所述搜索范围内的最高峰值频率识别为所述交流发电机脉动电流频率、以及将所述最高峰值频率转换成所述交流发电机速度。
5.如权利要求I所述的方法，其中确定所述绕组脉动电流频率包括使用下述公式 ω=1 / 3*(RPMalt*电极对数量* ニ极管数量/ 60) 其中ω是所述绕组脉动电流频率，RPMalt是所述交流发电机的速度，电极对数量是所述交流发电机中的电极对的数量，而ニ极管数量是整流电路中的ニ极管的数量。
6.如权利要求I所述的方法，其中确定所述绕组脉动电流频率的振幅包括对所述交流发电机的输出电压或电流执行快速傅里叶变换(FFT)以得到频谱信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中执行所述FFT程序包括执行单频率FFT程序。
8.如权利要求7所述的方法，其中确定所述绕组脉动电流频率的振幅包括使用下述公式s( i) = /( ) + 2 f( s(2irw), i(fi - I) - s(n — 2)X (η) = s (η) — e'~lTt-ms(n — I) 其中s(n)是中间变量，I(n)是电流(或电压)測量值，ω是具体选定的数据位的频率，X (η)是所述数据位处的绕组脉动电流频率的振幅，n=t、t-1、…、t-255,而j是负一次平方根。
9.ー种用于确定交流发电机的定子绕组中是否发生匝间短路的方法，所述方法包括 測量由所述交流发电机充电的车辆的电池电流或电压，其中所述电池电流或电压的测量值包括所述输出电压或电流的AC至DC转换所导致的交流发电机脉动电流频率； 确定所述交流发电机的速度； 基于所述交流发电机的速度以及所述交流发电机的场占空比来估算所述交流发电机的输出电流； 通过所述交流发电机的速度确定所述交流发电机的交流发电机脉动电流频率； 通过所述交流发电机脉动电流频率确定绕组脉动电流频率； 执行所述交流发电机的输出电压或电流的单频率快速傅里叶变换(FFT)分析来生成频谱； 通过所述频谱确定所述绕组脉动电流频率的振幅； 将所述绕组脉动电流频率的振幅与预定振幅相比较；以及 如果所述绕组脉动电流频率的振幅与所述预定振幅之间的差值大于对应于所述交流发电机的速度和电流的预定阈值，则确定发生了匝间短路。
10.ー种用于确定交流发电机的定子绕组中是否发生匝间短路的系统，所述系统包括 用于确定所述交流发电机的输出电压或电流的装置，其中所述输出电压或电流包括由所述交流发电机的输出的AC至DC转换所导致的交流发电机脉动电流频率； 用于确定所述交流发电机的速度的装置； 用于通过所述交流发电机的速度来确定所述交流发电机的交流发电机脉动电流频率的装置； 用于通过所述交流发电机脉动电流频率来确定绕组脉动电流频率的装置； 用于确定所述绕组脉动电流频率的振幅的装置；用于将所述绕组脉动电流频率的振幅与预定振幅相比较的装置；以及用于在所述绕组脉动电流频率的振幅与所述预定振幅之间的差值大于预定阈值时确定发生了匝间短路的装置。
全文摘要
本发明涉及用于交流发电机定子匝间短路检测的方法和装置，具体提供一种用于检测车辆交流发电机中的定子是否具有匝间短路的方法。所述方法包括确定交流发电机的输出电流或电压信号，其中所述输出电流或电压信号包括AC至DC转换导致的脉动电流频率。所述方法确定交流发电机的速度和交流发电机的电流输出。所述方法随后通过交流发电机的速度确定所述交流发电机的脉动电流频率，并且通过所述脉动电流频率确定绕组频率。所述方法对电压和电流信号执行FFT分析，确定绕组频率的振幅并且将所述绕组频率的振幅与预定振幅相比较，其中如果差值超过预定阈值，则有可能发生了匝间短路。
文档编号G01R31/02GK102830321SQ20121020040
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月18日 优先权日2011年6月16日
发明者Y.张, S.程, M.A.萨尔曼 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司