CN109581219B - 一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法 - Google Patents

一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法，应用于无刷交流发电机，该方法包括：步骤1、电压调节装置提取励磁回路由三相谐波电流感应生成的复合波形；步骤2、对提取的谐波电流复合波形进行快速傅里叶变换，分解成3个谐波电流相量且使3个相量之间的夹角相互为120°；步骤3、将分解的三个相量相加，结果是否等于0来判定交流发电机励磁***是否正常工作。本发明利用发电机电压调节装置，实现了发电机励磁***故障在线检测功能，不需要另加任何辅助监测仪器，就能完成对励磁发电机和整流器故障判断，提高了发电机使用的可靠性。

Description

一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法
技术领域
本发明涉及无刷励磁交流发电机领域，实现无刷交流发电机的励磁***状态的在线测量。
背景技术
1、早期的交流发电机是一种有刷励磁交流发电机，用于产生发电机磁场的直流电源通过安装在发电机同轴的旋转轴上的滑环及固定电刷获得。固定电刷上的直流电源一般采用自励或他励并受调压控制单元控制，调压控制单元直接控制交流发电机的励磁绕组产生磁场，缺点是直流电流大，难以控制，易产生火花和无线电干扰，常因为电刷和滑环的磨损与接触不良造成励磁不稳定或发电机不发电等故障。该有刷励磁交流发电机的励磁***未涉及励磁发电机及整流器。
2、后来人们发明了一种无刷励磁交流发电机，它结构新颖、性能优良。它实际上是设计了两台发电机，其中一台作为励磁发电机，另外一台作为发电机。励磁发电机的电枢绕组、整流器及发电机的励磁绕组均安装发电机的同轴转子上，它们之间不需任何滑环及电刷接触。励磁发电机电能来源于固定在发电机上励磁回路产生的磁场。只要在励磁回路输入一个较小直流电流信号就可以轻松地实现控制发电机的输出电压。但由于励磁发电机电枢绕组处于高速旋转状态，常因过载或老化原因发生匝间短路、相间短路和相间断路的可能非常大。同样高速旋转的整流器要承受很大的离心力作用，且在高温和振动的环境下工作，还会受到过电压过电流等其它情况，整流器二极管极可能会遭到损坏。所以无刷发电机的励磁***故障主要体现在磁励发电机和整流器故障，这两者一旦出故障没能及时处理，将会导致发电机不能正常工作，甚至会烧毁励磁发电机、励磁回路和励磁绕组等后果。
3、由于励磁发电机的电枢绕组和整流器均安装在发电机的转子上，与外部没有任何电的接触，平时为了检测其是否有故障时，需将它们从转子上拆卸下来进行检测，极为不方便，因此人们想尽各种方法来测量励磁发电机和整流器故障，包括各种故障诊断议：比如对比发电机负载电流与励磁电流曲线变化，其缺点测试过程复杂、消耗大；还有国内专利(专利号：201310282483.4)提及的利用谐波控测模块检测谐波信号分量次数变化来判断旋转整流器的故障状态，此方法虽可在整流器因二极管断路情况下可以判断整流器故障，但没有考虑到励磁发电机的电枢绕组故障引起的谐波信号变化，故而不能用谐波信号分量次数变化判断是旋转整流器故障的唯一性，而且其需要提供专门的谐波控测模块和谐波分析仪，结构复杂，成本昂贵。
发明内容
本发明的目的是针对目前现有技术的不足，通过下面的技术方案来实现的：
一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法，其特征在于，无刷交流发电机励磁***包括励磁线圈和发电机转子上的励磁发电机、整流器和励磁绕组。
优选的，该检测方法包括：
步骤1、电压调节装置提取励磁回路由三相谐波电流感应生成的复合波形；
步骤2、对提取的三相谐波电流感应生成的复合波形进行快速傅里叶变换，分解成3个谐波电流相量且使3个相量之间的夹角相互为120°；
步骤3、将分解的三个相量相加，结果是否等于0来判定交流发电机励磁***是否正常工作。
优选的，所述的步骤1中电压调节装置是一种基于微型处理器的数字电压调节器，其是控制励磁回路的励磁电流使交流发电机输出平稳电压的一种电压调节装置，通过过流检测回路提取励磁回路的三相谐波电流感应生成的复合波形。
优选的，所述的步骤1中励磁回路，其由励磁线圈与电压调节装置连接组成的励磁回路，感应三相谐波电流生成的复合波形。
优选的，所述的步骤2中电压调节装置内部的微型处理器对提取的谐波电流复合波形进行快速傅里叶变换，分解成3个谐波电流相量且3个相量之间的夹角相互为120°。
优选的，分解成的3个谐波电流相量和是否等于0，若是，则判定励磁***正常工作，若否，则判定励磁***故障。
本发明利用电压调节装置，实现了发电机励磁***故障在线检测功能，不需要另加任何辅助监测仪器，就能完成对励磁发电机和整流器故障判断，提高了发电机使用的可靠性，其方法简便，成本低，易实现。
附图说明
图1为本发明方法实施流程图；
图2本发明实施方法结构示意图；
图3为分解的三相电流谐波的相量图；
图2中：1-电压调节装置、2-无刷交流发电机、104-续流二极管、105-IGBT功率放大管、106-过流检测回路、111-微型处理器、212-励磁线圈、213-励磁回路、214-励磁发电机、215-整流器、216-励磁绕组、217-励磁发电机电枢绕组、218-发电机转子、3-电源连接线、22-定子绕组。
具体实施方式
1、下面通结合附图对本发明所述的一种在线检测无刷交流发电机的励磁***故障方法,作进一步详细说明：
2、一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法，该方法包括：
步骤1：电压调节装置提取励磁回路由三相谐波电流感应生成的复合波形；
步骤2、对提取的三相谐波电流感应生成的复合波形进行快速傅里叶变换，分解成3个谐波电流相量且使3个相量之间的夹角相互为120°；
步骤3、将分解的三个相量相加，结果是否等于0来判定励磁***是否正常工作。
3、交流发电机励磁***包括励磁线圈212和发电机转子218上的励磁发电机214、整流器215和励磁绕组216，电压调节装置1和励磁线圈212连接组成励磁回路213，调压装置1在励磁回路213输入直流电流信号，转子218旋转工作时，励磁发电机217产生三相交流源经过三相桥式整流器215转换成直流并输出给励磁绕组216，定子绕组22感应励磁绕组216产生的旋转磁场生成三相交流电输出电能。
4、由于励磁发电机214的负载是一个三相桥式整流结构回路，所以整流器215的负载电流会在励磁发电机214的励磁发电机电枢绕组217产生三相对称的谐波电流分量，通过空间感应，在励磁回路212产生1个谐波电流复合波形。
5、电压调节装置1内部设有励磁过流检测回路106，微型处理器111通过励磁过流检测回路106提取励磁回路212感应的谐波电流复合波形，并对谐波电流复合波形进行快速傅里叶变换，分解成3个谐波电流相量且使3个相量之间的夹角相互为120°，其相量图如图3所示，3个谐波电流相量分别表示为:ia＝Ia∠0°A、ib＝Ib∠120°A、ic＝Ic∠240°A。其中Ia、Ib、Ib分别为3个谐波电流相量的有效值。由于励磁发电机214的负载是一个三相桥整流结构回路，当励磁***正常工作时，励磁发电机214的负载为三相对称负载，因此励磁发电机214的励磁发电机电枢绕组217产生的三相谐波电流分量的有效值也是相等的，进一步论证，所分解的3个谐波电流相量的有效值也是相等的，即Ia＝Ib＝Ic，三个相量相加，ia+ib+ic＝0；当励磁发电机电枢绕组217发生匝间短路、相间短路、相间断路或整器流215发生整流二极管击穿、断路故障后，励磁发电机214的负载将不再是三相对称负载了，在励磁发电机214的励磁发电机电枢绕组217产生的三相谐波电流分量的有效值也不相等，进一步论证，所分解的3个谐波电流相量的有效值也不再相等，即Ia≠Ib≠Ic，三个相量相加，ia+ib+ic≠0。
6.三个相量和是否等于0，若是，则判定励磁***正常工作，若否，则判定励磁***故障。
7.当励磁系出现故障，电压调节装置发出报警信号或根据需求选择自动关断励磁输出，使发电机停止工作。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法，无刷交流发电机励磁***包括励磁线圈和发电机转子上的励磁发电机、整流器和励磁绕组，励磁线圈和电压调节装置连接组成励磁回路，电压调节装置内部设有励磁过流检测回路和微型处理器，其特征在于：所述检测方法包括：
步骤1、电压调节装置提取励磁回路由三相谐波电流感应生成的复合波形；
步骤2、对提取的三相谐波电流感应生成的复合波形进行快速傅里叶变换，分解成3个谐波电流相量且使3个相量之间的夹角相互为120°；
步骤3、将分解的三个相量相加，根据结果是否等于0来判定交流发电机励磁***是否正常工作。
2.根据权利要求1所述的一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法，其特征在于：所述的步骤1中电压调节装置是一种基于微型处理器的数字电压调节器，其是控制励磁回路的励磁电流使交流发电机输出平稳电压的一种电压调节装置，通过过流检测回路提取励磁回路的三相谐波电流感应生成的复合波形。
3.根据权利要求2所述的一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法，其特征在于：所述的步骤2中电压调节装置内部的微型处理器对提取的三相谐波电流感应生成的复合波形进行快速傅里叶变换，分解成3个谐波电流相量且3个相量之间的夹角相互为120°。
4.根据权利要求3所述的一种无刷交流发电机励磁***故障检测方法，其特征在于：分解成的3个谐波电流相量和是否等于0，若是，则判定励磁***正常工作，若否，则判定励磁***故障。
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