Untersuchung von Methoden zur Bestimmung des Isolationszustandes umrichtergespeister elektrischer Maschinen basierend auf Phasenstrommessungen

Abstract

Inhalt dieser Diplomarbeit ist die Untersuchung einer neuen Methode zur Detektion von Veränderungen des Zustandes der Statorisolation bei umrichtergespeisten Drehstrommaschinen. Diese Antriebe zeichnen sich durch hohe Dynamik aus, weisen jedoch auch eine höhere Beanspruchung der einzelnen Komponenten, speziell der Statorisolation, auf. Da die Regelung solcher Maschinen auch mit der Messung des Stroms in zwei Phasen ihr Auslangen findet, dienen dem zu entwickelnden Indikator ebenfalls nur die Messdaten dieser beiden Stromsensoren als Grundlage. Für die Anwendung dieses Verfahrens wird keine zusätzliche Hardware benötigt und der Antrieb muss nicht ausgebaut werden. Das Prinzip des Indikators basiert auf der hochfrequenten Abtastung der Stromantwort nach Anlegen eines Spannungspulses. Der Grundgedanke ist, dass der transiente Einschwingvorgang Information über den Zustand der Statorisolation enthält. Die finale Auswertung findet nach Fouriertransformation im Frequenzbereich statt. Das Verfahren wird durch Anwendung auf zwei spezielle Asynchronmaschinen, bei denen die Statorwicklungen mit Anzapfungen versehen sind, verifiziert. Durch das Vorhandensein der Anzapfungen besteht die Möglichkeit, eine Veränderung der Statorisolation nachzubilden. Des Weiteren werden die Auswirkungen der Umwelteinflüsse Feuchtigkeit und Temperatur auf das Verhalten des Indikators analysiert. Der letzte Abschnitt dieser Arbeit behandelt die Stromsumme, das heißt die Summe der zeitlichen Stromverläufe in den Phasen. Hier wird die Fragestellung, ob aus der Stromsumme Rückschlüsse auf den Zustand der Isolation gezogen werden können, näher untersucht.

This thesis deals with the investigation of a new method for the detection of a degradation of the stator insulation system in inverter-fed three-phase machines. They are characterized by high dynamics, but on the other hand the stress on the components, especially on the insulation system, is higher. To control these machines it’s sufficient to measure the current of only two phases. The indicator has to cope with this situation and uses the measurement data of these current sensors as base. No additional hardware is required for the application of this method and no disassembling of the drive system has to be done. The principle of the indicator being developed is based on the high frequency sampling of the current response after the excitation through a voltage pulse. The fundamental idea is the fact, that it’s possible to gain information about the degradation of the insulation system from the transient response. The last step of the evaluation is carried out in the frequency domain after Fourier transform. The verification of this method is achieved by applying it to two special three-phase induction machines having tapped windings. Because of the existence of these taps it’s possible to simulate a degradation of the insulation. Furthermore the impacts of the environmental influences humidity and temperature on the indicator are analyzed. Finally the current sum, which is the sum being calculated out of the time signals of the current sensors in all three phases, is investigated. The objective of this last topic is to check if conclusions can be drawn from the current sum to the degradation of the insulation.