CN108196154A - 航空三级式同步电机旋转整流器故障检测及故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空三级式同步电机旋转整流器故障检测及故障定位方法，通过波形的畸变率残差来判断旋转整流器是否发生故障，若发生故障，通过一个周期内主励磁机三相转子相电流的最大值和最小值的和值来判断是断路还是断路以及是上臂二极管还是下臂二极管故障，能够实现故障诊断和定位的功能。有益效果：能够准确判断旋转整流器是否发生故障；能够准确定位哪个二极管发生短路或者断路。

Description

航空三级式同步电机旋转整流器故障检测及故障定位方法

技术领域

本发明属于无刷电励磁同步电机故障检测领域，涉及一种航空三级式同步电机旋转整流器故障检测及故障定位方法。

背景技术

在航空无刷电励磁同步电机中，励磁机通过旋转整流器整流输出，为主发电机提供励磁电流。由于处于较高的速度和温度，相对于其他部分，旋转整流器更加容易发生故障，因此对旋转整流器进行故障检测具有重要的意义。旋转整整流器故障可以分为短路和短路两种情况。在短路情况下，流过二极管的电流会急剧增加，如果不进行保护，会进一步损坏其他正常器件；在断路情况下，会导致励磁电流下降，转矩脉动加大，电机带载能力下降。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。因此需要重点分析一个二极管在断路和短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)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处理和分析，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，通过对主发电机定子侧或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。这类方法需要大量的数据样本进行训练。

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三级式同步电机旋转整流器故障检测及故障定位方法。

技术方案

一种航空三级式同步电机旋转整流器故障检测及故障定位方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采集航空无刷电励磁同步电机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：

式中：

u_eαs、u_eβs为励磁机定子电压；i_eαs、i_eβs为励磁机定子电流；R_es、L_es为励磁机定子电阻、电感；M_esr为定转子互感；θ_er为转子位置；i_ear、i_ebr、i_ecr为励磁机转子电流；

步骤2：对估算的三相转子电流进行谐波分析，得到谐波畸变率：

THD_x、THD_y、THD_z(x,y,z＝a,b,c；x≠y≠z)；

步骤3：计算任意两相之间的畸变率的残差：

R_z＝|THD_x-THD_y|；x,y,z＝a,b,c；x≠y≠z；

步骤4：若残差满足下式则***处于正常，重复步骤1：

否则，证明旋转整流器发生故障；

K_th1为一个小于0的预先设定的值；

步骤5：求取步骤1估算的转子电流在一个周期内的最大值和最小值的和值：

K_x、K_y、K_z(x,y,z＝a,b,c；x≠y≠z)；

步骤6：以K_x、K_y、K_z与阈值K_th2进行比较来判断是短路还是断路及故障定位，判断依据见下表：

所述K_th1为0.17。

所述阈值K_th2为1.0。

有益效果

本发明提出的一种航空三级式同步电机旋转整流器故障检测及故障定位方法，通过波形的畸变率残差来判断旋转整流器是否发生故障，若发生故障，通过一个周期内主励磁机三相转子相电流的最大值和最小值的和值来判断是断路还是断路以及是上臂二极管还是下臂二极管故障，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短路或者断路。

附图说明

图1：航空三级式同步电机结构示意图

图2：从***正常到D1断路期间估算出的转子电流

图3：从***正常到D1短路期间估算出的转子电流

图4：三相转子电流波形畸变率THD变化曲线

图5：三相转子电流波形畸变率残差变化曲线

图6：三相转子电流一个周期最大值与最小值的和值曲线

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实施例包含的具体步骤如下：

(1)针对航空无刷电励磁同步电机(见图1)，实时采集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(见图2和图3)，估算公式如下：

式中：

u_eαs、u_eβs为励磁机定子电压；i_eα_s、i_eβs为励磁机定子电流；R_es、L_es为励磁机定子电阻、电感；M_esr为定转子互感；θ_er为转子位置；i_ear、i_ebr、i_ecr为励磁机转子电流；

(2)对估算的三相转子电流进行谐波分析，得到谐波畸变率

THD_x、THD_y、THD_z(x,y,z＝a,b,c；x≠y≠z)，见图4。

(3)计算任意两相之间的畸变率的残差：

R_z＝|THD_x-THD_y|；x,y,z＝a,b,c；x≠y≠z；

得到残差曲线见图5。

(4)若残差满足下式，则***处于正常，转至步骤1，否则发生故障：

K_th1为一个靠近0的预先设定的值，为0.17。结合图2、3和5可知，在0.05～0.1s时残差R_a＜K_th1；R_b,R_c＞K_th1说明此时发生故障，这与实际中二极管D1开路故障一致。在0.15～0.2s由R_a＜K_th1；R_b,R_c＞K_th1可知此时也发生故障，这与实际中D1断路故障一致。在0～0.05和0.1～0.15s有R_a,R_b,R_c＜K_th1说明此期间没有发生故障，这与实际一致

(5)对步骤1估算的转子电流，求取一个周期内最大值和最小值的和值：K_x、K_y、K_z(x,y,z＝a,b,c；x≠y≠z)

(6)由于实际有所干扰，设定一个阈值K_th2为1.0。通过K_x、K_y、K_z与阈值K_th2进行比较来判断是短路还是断路及故障定位，判断依据见表1。例如在0.05～0.1s期间有K_a＜-K_th2；-K_th2＜K_b,K_c＜K_th2，说明此时二极管D1发生开路；在0.15～0.2s由K_a＞K_th2；K_b,K_c＜-K_th2可知此时旋转整流器二极管D1发生短路故障。

故障定位判断表

本发明所提出的故障诊断和定位与实际旋转整流器处于的状态完全一致，完全可以满足旋转整流器一个二极管的短路或断路诊断和定位的要求。

Claims (3)

1.一种航空三级式同步电机旋转整流器故障检测及故障定位方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采集航空无刷电励磁同步电机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：

式中：

u_eαs、u_eβs为励磁机定子电压；i_eαs、i_eβs为励磁机定子电流；R_es、L_es为励磁机定子电阻、电感；M_esr为定转子互感；θ_er为转子位置；i_ear、i_ebr、i_ecr为励磁机转子电流；

步骤2：对估算的三相转子电流进行谐波分析，得到谐波畸变率：

THD_x、THD_y、THD_z(x,y,z＝a,b,c；x≠y≠z)；

步骤3：计算任意两相之间的畸变率的残差：

R_z＝|THD_x-THD_y|；x,y,z＝a,b,c；x≠y≠z；

步骤4：若残差满足下式则***处于正常，重复步骤1：

否则，证明旋转整流器发生故障；

K_th1为一个小于0的预先设定的值；

步骤5：求取步骤1估算的转子电流在一个周期内的最大值和最小值的和值：

K_x、K_y、K_z(x,y,z＝a,b,c；x≠y≠z)；

步骤6：以K_x、K_y、K_z与阈值K_th2进行比较来判断是短路还是断路及故障定位，判断依据见下表：

2.根据权利要求1所述航空三级式同步电机旋转整流器故障检测及故障定位方法，其特征在于：所述K_th1为0.17。

3.根据权利要求1所述航空三级式同步电机旋转整流器故障检测及故障定位方法，其特征在于：所述阈值K_th2为1.0。