Stromsignalanalyse zur Isolationszustandsbestimmung umrichtergespeister Asynchronmaschinen

Abstract

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Untersuchung von alternativen Algorithmen für die Signalvorverarbeitung des Isolationszustandsindikators, welcher am Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe im Zuge früherer Projekte entwickelt wurde. Dieser Indikator beschreibt die Alterung des Statorisolationssystems in Umrichter gespeisten Drehstrommaschinen. Diese Anwendungen zeichnen sich durch eine hohe Dynamik aus, diese führt zu hohen Belastungen der einzelnen Komponenten, besonders betroffen ist das Isolationssystem. Es wird keine zusätzliche Hardware benötigt, auch auf eine Demontage des Antriebssystems kann verzichtet werden. Die Grundidee des Indikators beruht auf der hochfrequenten Abtastung der Stromantwort infolge einer Anregung mit einem Spannungspuls um daraus Informationen über den Isolationszustand abzuleiten. Das transiente Signal wird mit der Fourier-Transformation untersucht. Die endgültige Berechnung des Indikators wird im Frequenzbereich durchgeführt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird ein alternatives Verfahren zur Berechnung eines Isolationszustandsindikators entwickelt und analysiert. Die Idee hinter diesem neuen Ansatz ist die Signalanalyse mit der Fourier-Transformation durch ein Verfahren zu ersetzen, welches das transiente Signal als Summe von komplexen Exponentialfunktionen nachbildet. Die Verifikation der neuen Methode erfolgt an einer speziellen dreisträngigen Asynchronmaschine, deren Statorwicklung mit Anzapfungen versehen ist. Diese Anschlüsse erlauben die Simulation der Isolationsalterung. In einem letzten Schritt werden die Eigenschaften des neuen Indikators untersucht und mit denen des Fourier basierten Indikators verglichen.

This thesis deals with the development and investigation of alternative algorithms for the signal preprocessing of the Insulation State Indicator. It was developed at the Institute of Energy Systems and Electrical Drives in the course of previous projects. This indicator describes the degradation of the stator insulation system in inverter-fed three-phase machines. These applications are characterized by high dynamics, what leads to high stress on the individual components, particularly affected is the insulation system. The indicator uses the signal of the current sensors, which are normally used for control of the drive. No additional hardware is needed, also disassembling of the drive system can be dispensed. The basic concept of the indicator is based on the high frequency sampling of the current response after excitation with a voltage pulse. The idea behind this method is to gather information on the state of isolation from the transient current response. The transient signal is analyzed with the Fourier transform. The final calculation of the indicator is performed in the frequency domain. In the second part of this thesis an alternative method for the calculation of an Insulation State Indicator are developed and analyzed. The idea behind this new approach is to substitute the signal analysis with the Fourier transform with a method which decompose the transient signal as a sum of complex exponentials. The verification of the new method is achieved by applying it to a special three-phase induction machine having tapped windings. These taps allow the simulation of the insulation degradation. In a final step, the properties of the new indicator are to be examined and compared to those of the Fourier-based indicator.