CN109596936A - 航空三相交流励磁***双旋转二极管开路故障检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了航空三相交流励磁***双旋转二极管开路故障检测方法，涉及航空交流电机技术领域。该方法首先是获取励磁机转子三相绕组电流，然后对获取的励磁机转子三相绕组电流进行滤波，得到转子三相电流的基波、二次谐波以及三次谐波，通过在线监测转子三相电流的基波、二次谐波以及三次谐波幅值变化情况，依据旋转整流器两个旋转二极管的开路故障特征实现发生故障时的故障检测。该方法不仅数据计算量小，无需进行模型训练以及离线仿真获取旋转整流器状态信息，还可在三级式无刷同步电机静止、电动以及发电状态对旋转整流器的两个旋转二极管开路故障进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及航空交流电机技术领域，特别是涉及航空三相交流励磁***双旋转二极管开路故障检测方法及***。
背景技术
随着大飞机技术的迅猛发展，具有起动/发电一体化功能的高压宽变频发电***是未来航空交流电源***的一个重要发展方向。目前，我国飞机交流电源***大都采用三级式无刷同步电机作为发电机，该类发电机不具备起动航空发动机的功能，发动机需要专门的起动设备。如果将原有三级式无刷同步电机的旋转电枢式直流励磁***更换为三相交流励磁***，同时控制三级式无刷同步电机运行在电动状态来完成发动机的起动，即实现起动/发电一体化，就可以省去专门的起动机，减轻机载重量和***体积。在三相交流励磁***中，旋转整流器作为连接主电机与励磁机核心部件，担负着将励磁机转子绕组三相电整流成直流并为主电机提供励磁电流的任务。在拓扑结构上，旋转整流器一般是由六个旋转二极管组成的三相桥式二极管整流电路。在励磁***运行过程中由于受到不可避免的冲击以及在经历老化效应后，旋转二极管将会发生开路故障，励磁***的输出能力将会降低。尤其是当两个旋转二极管发生开路故障时，励磁***输出能力将会显著降低，若励磁***未检测出故障并改变闭环控制策略，励磁机定子绕组中的励磁电流会急剧增大，整个起动/发电***不仅会崩溃，而且会危害整个机载电网***。
目前，传统的旋转电枢式直流励磁***的旋转二极管故障可以通过在励磁机定子侧增加探测线圈、对定子电流进行傅里叶分析、对主电机端电压进行傅里叶分析等方法进行。然而，三相交流励磁机与旋转电枢式励磁机的拓扑结构完全不同：
1、旋转电枢式励磁机为同步电机，三相交流励磁机为感应电机；
2、旋转电枢式励磁机的定子绕组为一套直流绕组，三相交流励磁机定子为三相交流绕组；
3、主电机定子绕组在起动过程中与逆变器连接，定子绕组端电压不便于进行傅里叶分析。
因此，现有的针对旋转电枢式直流励磁***的故障检测方法并不适用于三相交流励磁***。
针对三相交流励磁***的旋转二极管故障检测方法主要有：
1、采用智能算法，这类算法需要大量数据样本对模型进行训练；
2、采用欧拉距离方法，该方法依赖大量离线仿真获取旋转整流器的各种状态信息；
3、对励磁机转子三相电流进行谐波分析，利用任意两相之间电流畸变率的残差进行故障检测。
该方法数据计算量大，处理速度有待改善。
发明内容
针对现有基于旋转电枢式直流励磁***的旋转整流器故障检测方法无法应用到三相交流励磁***中，同时现有三相交流励磁***方法需要进行模型训练、依赖离线仿真以及数据计算量大的问题，本发明提供了航空三相交流励磁***双旋转二极管开路故障检测方法。
一种航空三相交流励磁***双旋转二极管开路故障检测方法，所述方法包括：
获取励磁机转子三相绕组电流；
对获取的励磁机转子三相绕组电流进行滤波，得到转子三相电流的基波、二次谐波以及三次谐波；
通过在线监测转子三相电流的基波、二次谐波以及三次谐波幅值变化情况，依据旋转整流器两个旋转二极管的开路故障特征实现发生故障时的故障检测。
优选地，所述获取励磁机转子三相绕组的电流方法是通过滤波方法在线监控。
优选地，所述故障特征的辨别依据如下：
当励磁机转子三相绕组有一相绕组未检测出基波电流成分，剩余两相绕组检测出三次谐波电流成分，则旋转整流器的某一个桥臂上两个旋转二极管同时发生故障；
当励磁机转子三相绕组均检测出二次谐波电流成分，同时三相绕组均未检测出三次谐波电流成分，则旋转整流器有两个上桥臂或者两个下桥臂的二极管发生开路故障；
当励磁机转子三相绕组均检出三次次谐波电流成分，同时三相绕组中有且仅有一相绕组检测出二次谐波成分，则旋转整流器有一个上桥臂与另一个下桥臂上的二极管发生开路故障。
本发明航空三相交流励磁***双旋转二极管开路故障检测方法的有益效果：
1、该方法数据计算量小，无需进行模型训练以及离线仿真获取旋转整流器状态信息。
2、该方法可在三级式无刷同步电机静止、电动以及发电状态对旋转整流器的两个旋转二极管开路故障进行检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的航空三相交流励磁***双旋转二极管开路故障检测方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的航空三相交流励磁***结构图；
图3为本发明实施例提供的旋转二极管故障检测原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明实施例中提供的航空三相交流励磁***双旋转二极管开路故障检测方法是一种通过在线监测励磁机转子电流谐波成分变化情况，达到满足起动/发电***对两个旋转二极管开路故障进行在线监测以及故障识别需求的新型检测方法，该方法包括：
步骤100：获取励磁机转子三相绕组电流。
步骤200：对获取的励磁机转子三相绕组电流进行滤波，得到转子三相电流的基波、二次谐波以及三次谐波。
如图2所示，对所述方法进行描述：分别将电流传感器采集到的励磁机定子两相绕组电流(假设为iA与iB)、电压传感器采集到的两相绕组相电压(假设为uA与uB)以及励磁机转子位置信息(假设为θ)送到旋转二极管故障检测控制器中(以下简称控制器)，控制器首先利用励磁机定子电压方程与磁链方程解算励磁机转子三相电流(irA、irB与irC)，然后对励磁机转子三相电流进行滤波(包括带通滤波、带阻滤波)，并实时在线监控励磁机转子三相电流的基波(irAlst、irB1st与irC1st)、二次谐波(irA2nd、irB2nd与irC2nd)以及三次谐波( 与)幅值。
步骤300：通过在线监测转子三相电流的基波、二次谐波以及三次谐波幅值变化情况，依据旋转整流器两个旋转二极管的开路故障特征实现发生故障时的故障检测。
如图3所示，图中的A、B、C均表示一相绕组。当控制器检测到三相绕组中电流的谐波成分发生变化，并依据故障特征进行故障类型的辨别。发生故障时故障特征的辨别依据如下：
当励磁机转子三相绕组有一相绕组未检测出基波电流成分，剩余两相绕组检测出三次谐波电流成分，则旋转整流器的某一个桥臂上两个旋转二极管同时发生故障(如图中1号与4号，或者3号与6号，或者5号与2号均发生开路故障)。
当励磁机转子三相绕组均检测出二次谐波电流成分，同时三相绕组均未检测出三次谐波电流成分，则旋转整流器有两个上桥臂或者两个下桥臂的二极管发生开路故障(如图中1号与3号，或者1号与5号，或者3号与5号，或者4号与6号，或者4号与2号，或者2号与6号均发生开路故障)。
当励磁机转子三相绕组均检出三次次谐波电流成分，同时三相绕组中有且仅有一相绕组检测出二次谐波成分，则旋转整流器有一个上桥臂与另一个下桥臂上的二极管发生开路故障(如图中1号与6号，或者1号与2号，或者3号与4号，或者3号与2号，或者5号与4号，或者5号与6号均发生开路故障)。
当控制器依据故障特征获取故障类型后，控制器发出故障报警指令，故障检测完毕。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种航空三相交流励磁***双旋转二极管开路故障检测方法，其特征在于，该方法包括：
获取励磁机转子三相绕组电流；
对获取的励磁机转子三相绕组电流进行滤波，得到转子三相电流的基波、二次谐波以及三次谐波；
通过在线监测转子三相电流的基波、二次谐波以及三次谐波幅值变化情况，依据旋转整流器两个旋转二极管的开路故障特征实现发生故障时的故障检测。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障特征的辨别依据如下：
当励磁机转子三相绕组有一相绕组未检测出基波电流成分，剩余两相绕组检测出三次谐波电流成分，则旋转整流器的某一个桥臂上两个旋转二极管同时发生故障；或
当励磁机转子三相绕组均检测出二次谐波电流成分，同时三相绕组均未检测出三次谐波电流成分，则旋转整流器有两个上桥臂或者两个下桥臂的二极管发生开路故障；或
当励磁机转子三相绕组均检出三次次谐波电流成分，同时三相绕组中有且仅有一相绕组检测出二次谐波成分，则旋转整流器有一个上桥臂与另一个下桥臂上的二极管发生开路故障。
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