CN107831437A - 航空无刷电励磁同步电机旋转整流器故障检测及定位方法 - Google Patents
航空无刷电励磁同步电机旋转整流器故障检测及定位方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种航空无刷电励磁同步电机旋转整流器故障检测及定位方法，通过欧拉距离和就近原则来判断是否发生故障以及哪种故障状态，然后通过一个周期内故障相电流的最大值和最小值的和值来判断是上臂还是下臂故障，能够实现故障诊断和定位的功能。有益效果：(1)能够准确判断旋转整流器是否发生故障。(2)能够准确定位哪个二极管发生开路。
Description
技术领域
本发明属于无刷电励磁同步电机故障检测领域，涉及一种航空无刷电励磁同步电机旋转整流器故障检测及定位方法。
背景技术
在航空无刷电励磁同步电机中，旋转整流器是一个很重要的结构单元，其二极管发生故障会导致励磁电流急剧下降，转矩脉动加大，电机带载能力下降，严重时会造成***奔溃，不能工作。因此在***运行启动前后，必须对旋转整流器进行故障检测和定位，减少人工检测工作量。旋转整整流器故障可以分为短路和短路两种情况。由于短路情况下，流过二极管的电流会急剧增加，为了防止烧坏器件，一般会在二极管上串联一个熔断体，从而当电流过大时，熔断体熔断，从而变成断路情况。因此本发明重点分析断路情况下如何进行故障识别和定位。
目前，旋转整流器故障检测的方法有很多，简单实用的方法主要有下面两种：
(1)添加辅助绕组法。这种方法是在电机磁极间安装一个检测线圈，通过对检测线圈得到的信号进行谐波分析，从而进行故障检测和定位。这种方法需要改变电机结构，增加成本，特别是在结构已确定的电机，这种方法就不再适用。
(2)利用旋转整流器故障产生的谐波在定子侧感应相应的信号进行检测的方法。这种方法是，通过对主发定子侧或者主励磁机定子侧的信号分析，采用阈值法、人工智能算法、模糊模式识别等方法，对旋转整流器进行故障识别和定位。这类方法一是信号采用间接反映旋转整流器故障，反映速度不够快，二是由于数据处理采用FFT，处理速度有待改善，同时人工智能算法需要大量的数据样本。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种航空无刷电励磁同步电机旋转整流器故障检测及定位方法。
技术方案
一种航空无刷电励磁同步电机旋转整流器故障检测及定位方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：采用Simulink离线仿真获取航空无刷电励磁同步电机旋转整流器各种状态下，主励磁机的定子侧电压和电流，通过定子磁链估计主励磁机转子电流，估算公式如下；
式中：
其中：ueαs、ueβs为励磁机定子电压；ieαs、ieβs为励磁机定子电流；Res、Les为励磁机定子电阻、电感；Mesr为定转子互感；θer为转子位置；iear、iebr、iecr为励磁机转子电流；
步骤2：对估算的转子电流中的任一相电流进行谐波分析，得到该相电流的1-5次波形幅值，对2-4次谐波幅值占基波幅值比值乘以100得到对应的xj，其中：j＝0,1,2…,6，0代表正常情况，1-6代表D1-D6开路；
步骤3：计算出欧式距离DISj＝||xj-x0||2；
步骤4：在线时实时获取异步电机定子电压和电流，通过
估算出异步电机三相转子电流；
步骤5：对步骤4估算的转子电流，进行谐波分析，得到1-5次波形幅值，对2-4次谐波幅值占基波幅值比值乘以100得到对应的x′；
步骤6：计算x′对正常情况下x0的欧式距离DIS′＝||x′-x0||2；
若|DIS′-DIS0|≥3，则旋转整流器发生故障，则通过|DIS′-DISj|＜3来确定旋转整流器的二极管Dj发生开路或者与Dj同一相的二极管发生开路，如|DIS′-DIS2|＜3，则二极管D2或D5发生故障，即C相二极管发生故障；获取故障相的一个周期内电流的最大值和最小值的和值Kj，通过对Kj和阈值Kth来判断是上臂还是下臂出现故障，判断依据如下：
若|DIS′-DIS0|＜3，则旋转整流器处于正常情况，转至步骤4。
所述阈值Kth设定为0.3。
有益效果
本发明提出的一种航空无刷电励磁同步电机旋转整流器故障检测及定位方法，通过欧拉距离和就近原则来判断是否发生故障以及哪种故障状态，然后通过一个周期内故障相电流的最大值和最小值的和值来判断是上臂还是下臂故障，能够实现故障诊断和定位的功能。
本发明方法具有以下有益效果：
(1)能够准确判断旋转整流器是否发生故障。
(2)能够准确定位哪个二极管发生开路。
附图说明
图1：航空三级式同步电机结构示意图
图2：转子三相电流响应曲线
图3：Kj变化图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
(1)针对航空无刷电励磁同步电机(见图1)，采用Simulink离线仿真获取旋转整流器各种状态(一个二极管D1-D6分别故障和正常)下，主励磁机的定子侧电压和电流，通过定子磁链估计主励磁机转子电流，估算公式(1)如下；
式中：
其中：ueαs、ueβs为励磁机定子电压；ieαs、ieβs为励磁机定子电流；Res、Les为励磁机定子电阻、电感；Mesr为定转子互感；θer为转子位置；iear、iebr、iecr为励磁机转子电流；
(2)对估算的转子电流进行FFT分析得到1-5次波形幅值，从而得到对应的xj(2-4次谐波幅值占基波幅值比值乘以100)(j＝0,1,2…,6，0代表正常情况，1-6代表D1-D6开路)；，见表1所示；
表1离线各种状态下a相电流的xj
(3)计算出欧式距离DISj＝||xj-x0||2，见表2所示。
表2：离线获得的欧氏距离
| 正常 | D1开路 | D4开路 | D3开路 | D6开路 | D5开路 | D2开路 | |
| DIS | 0 | 16.4779 | 16.4779 | 5.2431 | 5.2431 | 11.7948 | 11.7948 |
(4)在线时，实时获取异步电机定子电压和电流，通过公式(1)计算出异步电机三相转子电流，见图2所示；
(5)对(4)估算的转子电流，进行谐波分析，得到1-5次波形幅值，从而得到对应的x′(2-4次谐波幅值占基波幅值比值乘以100)；
(6)例如取故障前(1.4s)的x′值，此时为x′＝[0.01 0 0]，此时，DIS′＝||x′-x0||2＝0.01，其值离0最近，表明旋转整流器处于正常状态，这与图2实际一致；
(7)例如取故障前(1.6s)的x′值，此时为x′＝[12.14 14.84 4.22]，此时，DIS′＝||x′-x0||2＝19.632，其值离16.4779最近，表明旋转整流器a相发生故障；Kj＝-0.36＜-0.3表示上臂发生故障，这与图2实际一致。
Claims (2)
1.一种航空无刷电励磁同步电机旋转整流器故障检测及定位方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：采用Simulink离线仿真获取航空无刷电励磁同步电机旋转整流器各种状态下，主励磁机的定子侧电压和电流，通过定子磁链估计主励磁机转子电流，估算公式如下；
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式中：
其中：ueαs、ueβs为励磁机定子电压；ieαs、ieβs为励磁机定子电流；Res、Les为励磁机定子电阻、电感；Mesr为定转子互感；θer为转子位置；iear、iebr、iecr为励磁机转子电流；
步骤2：对估算的转子电流中的任一相电流进行谐波分析，得到该相电流的1-5次波形幅值，对2-4次谐波幅值占基波幅值比值乘以100得到对应的xj，其中：j＝0,1,2…,6，0代表正常情况，1-6代表D1-D6开路；
步骤3：计算出欧式距离DISj＝||xj-x0||2；
步骤4：在线时实时获取异步电机定子电压和电流，通过
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估算出异步电机三相转子电流；
步骤5：对步骤4估算的转子电流，进行谐波分析，得到1-5次波形幅值，对2-4次谐波幅值占基波幅值比值乘以100得到对应的x′；
步骤6：计算x′对正常情况下x0的欧式距离DIS′＝||x′-x0||2；
若|DIS′-DIS0|≥3，则旋转整流器发生故障，则通过|DIS′-DISj|＜3来确定旋转整流器的二极管Dj发生开路或者与Dj同一相的二极管发生开路，如|DIS′-DIS2|＜3，则二极管D2或D5发生故障，即C相二极管发生故障；获取故障相的一个周期内电流的最大值和最小值的和值Kj，通过对Kj和阈值Kth来判断是上臂还是下臂出现故障，判断依据如下：
若|DIS′-DIS0|＜3，则旋转整流器处于正常情况，转至步骤4。
2.根据权利要求书所述航空无刷电励磁同步电机旋转整流器故障检测及定位方法，其特征在于：所述阈值Kth设定为0.3。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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