CN201886119U - 基于微机励磁调节器的旋转二极管故障检测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于微机励磁调节器的旋转二极管故障检测***，包括：隔离放大器、模拟信号输入模块、A/D转换模块、数字信号处理模块以及报警信号输出模块，其中，所述的模拟信号输入模块、A/D转换模块、数字信号处理模块和报警信号输出模块均集成在所述的微机励磁调节器中。本实用新型中，无刷励磁机定子绕组的励磁电流通过隔离放大后经过A/D转换模块转化成数字量后输入数字信号处理模块中，进行计算、故障分析和比较，根据无刷励磁机定子绕组中的谐波电流的大小和波形变化特征，判断旋转二极管的故障，实现人工智能检测旋转二极管故障，可靠性高，稳定性好。

Description

基于微机励磁调节器的旋转二极管故障检测***

技术领域

本实用新型属于自动控制领域，具体涉及一种基于微机励磁调节器的旋转二极管故障检测***。

背景技术

无刷同步发电机主要由主发电机、无刷励磁机、旋转二极管组成。主发电机转子、励磁机转子和旋转二极管都装在同一轴上一起旋转。无刷励磁机磁极固定在定子内侧，定子绕组与静止励磁调节装置励磁电流输出部分连接。当无刷同步发电机旋转工作时，静止励磁调节装置向无刷励磁机定子绕组输送励磁电流使无刷励磁机产生磁场，无刷励磁机转子切割磁感线产生出三相交流电源，经过旋转二极管整流后，输送到同轴的同步发电机转子回路当中，在原动机的带动下发电机转子回路产生旋转磁场，主发电机定子切割磁感线，发出电能。

无刷同步发电机中的旋转二极管是无刷励磁***中最为重要的环节，必须保证其工作在正常状态。一旦旋转二极管发生故障，无刷励磁***需要能够及时检测到，并对故障类型作出正确的判断。

现有技术中，通常是为无刷励磁机配设一套旋转二极管故障检测装置，如图1所示，在交流励磁机定子磁极间安装探测线圈。配置的旋转二极管故障检测装置对励磁机旋转二极管和熔丝进行实时监视并给出相应的信号指示。该装置利用电磁感应原理进行故障判断。当旋转二极管有电流流过并且扫过检测探头时，则检测探头将获得感应脉冲电压；如果旋转二极管回路的熔断器或二极管熔断，则检测探头不会获得感应脉冲电压，装置就给出相应的异常信号。在实际应用中，采用极间探测线圈的旋转二极管故障检测装置，加工安装困难，在运输过程中还会造成探测线圈的松动错位，而且从极间探测线圈获得的信号较弱。

发明内容

本实用新型提供了一种基于微机励磁调节器的旋转二极管故障检测***，其可靠性高、稳定性强，能准确判断识别旋转二极管是否故障及其故障类型。

一种基于微机励磁调节器的旋转二极管故障检测***，包括：

隔离放大器，用于将励磁电流信号放大得到放大的直流电压信号；

模拟信号输入模块，用于接收放大的直流电压信号并将其调节到设定的转换范围内，得到调节后的模拟信号；

A/D转换模块，用于接收调节后的模拟信号并将其转换为数字信号；

数字信号处理模块，用于接收数字信号并对其进行计算、比较和分析；

以及报警信号输出模块，用于将报警信号输出；

其中，所述的模拟信号输入模块、A/D转换模块、数字信号处理模块和报警信号输出模块均集成在所述的微机励磁调节器中。

可选地，所述的数字信号处理模块选用DSP芯片。

在同步发电机转子回路中，当旋转二极管发生故障时，其无刷励磁机转子输出的电枢电流的大小以及波形均发生变化，由此引发无刷励磁机转子磁场随之变化，并在无刷励磁机定子绕组中感应一系列谐波电流，该谐波电流能反映出发电机转子回路中旋转二极管的运行情况。

本实用新型中，无刷励磁机定子绕组的励磁电流通过隔离放大后经过A/D转换模块转化成数字量后输入数字信号处理模块中，数字信号处理模块经过快速傅立叶变换对输入数字量进行分析，根据无刷励磁机定子绕组中的谐波电流的大小和波形变化特征，判断旋转二极管的故障。因此，本实用新型采用人工智能诊断技术对励磁电流进行分析，诊断，能准确识别故障，且不受故障类型的限制。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

(1)采用了人工智能识别技术判断旋转二极管故障，不需要另行配设专用的旋转二极管故障检测装置，同时也省去了设计、安装和维护探测线圈的工作；

(2)便于现场采集信号数据，并且信号较强，能准确提供转子故障信息量；

(3)根据发电机运行参数，进行智能识别，可靠性高，稳定性好。

附图说明

图1为现有技术中旋转二极管故障检测装置的示意图。

图2为本实用新型的旋转二极管故障检测***示意图。

图3为采用本实用新型的旋转二极管故障检测***进行故障判断的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来详细说明本实用新型，但本实用新型并不仅限于此。

如图2所示，一种基于微机励磁调节器的旋转二极管故障检测***，包括：隔离放大器、模拟信号输入模块、A/D转换模块、数字信号处理模块、以及报警信号输出模块，其中，模拟信号输入模块、A/D转换模块、数字信号处理模块和报警信号输出模块均集成在微机励磁调节器中，其数字信号处理模块采用DSP芯片。

由主发电机、无刷励磁机、旋转二极管等组成的无刷同步发电机中，主发电机转子、励磁机转子和旋转二极管都装在同一轴上一起旋转。无刷励磁机磁极固定在定子内侧，定子绕组与静止励磁调节装置励磁电流输出部分连接。

当无刷同步发电机旋转启动工作时，静止励磁调节装置将外部输入的励磁电源经过整流器整流后，向无刷励磁机定子绕组输送励磁电流使无刷励磁机产生磁场正常工作。静止励磁调节装置通过采集发电机CT电流信号和发电机PT电压信号，计算比较后输出脉冲信号，该信号经脉冲放大器放大后对整流器导通进行控制，即对输出励磁电流进行干预，达到控制同步发电机端电压和功率的目的。当机组发生故障时励磁控制器发出断开灭磁开关命令，从而快速切断无刷励磁机的电源达到灭磁停机的效果。

本检测***将分流器采集到无刷励磁机定子绕组中的励磁电流(0～75mV)输出到隔离放大器，经信号放大后从隔离放大器输出放大的直流电压信号；该放大的直流电压信号经模拟信号输入模块调节到设定的转换范围(直流0～5V)内，得到调节后的模拟信号；调节后的模拟信号经A/D转换模块转换为数字信号；数字信号处理模块对输入的数字信号进行快速傅立叶变换，并进行计算、比较和故障分析，完成对无刷励磁机定子励磁电流谐波含量和其励磁电流平均值关系的测量；并根据不同故障类型通过报警信号输出模块将报警信号输出。

输出报警故障分为：1.旋转二极管断路、2.旋转二极管短路。对旋转二极管故障类型的识别是通过检测励磁机励磁电流谐波含量和励磁机励磁电流平均值的关系(励磁电流谐波含量系数I_r)来实现的。

旋转二极管故障判断依据如表1所示：

表1

旋转二极管状态	励磁电流谐波含量系数Ir
		工作正常	Ir≈15％～20％
旋转二极管断路	Ir≈110％
		旋转二极管短路	Ir≈200％

旋转二极管正常工作时，谐波电流维持在15％～20％的额定励磁电流；当旋转二极管断路时，谐波电流上升至110％额定励磁电流；当谐波电流为200％额定励磁电流时，判断为旋转二极管短路。

励磁电流谐波含量系数I_r的计算方程如下：

$I_r=\frac{I_{e.\max }-I_{e.\min }}{I_{e=}}\·100\%$

其中，I_r为励磁电流谐波含量系数，I_e.max为瞬时励磁电流最大值，I_e.min为瞬时励磁电流最小值，I_e＝为励磁电流平均值。

旋转二极管正常工作时的励磁电流谐波含量系数I_r需要根据不同型号发电机及容量选择不同设置参数，本实施例中设为15％～20％。故障输出报警延时时间设为4s。

整个故障判断流程如图3所示，发电机组正常运行时采集励磁电流，由检测***进行检测分析，当谐波电流含量为15％～20％的额定励磁电流时，旋转二极管正常工作；谐波电流含量上升至110％额定励磁电流左右时，延迟4s输出报警1，代表着旋转二极管断路；当谐波电流含量上升至200％额定励磁电流左右时，延迟4s输出报警2，代表着旋转二极管短路。

Claims (2)

1.一种基于微机励磁调节器的旋转二极管故障检测***，其特征在于，包括：

隔离放大器，用于将励磁电流信号放大得到放大的直流电压信号；

模拟信号输入模块，用于接收放大的直流电压信号并将其调节到设定的转换范围内，得到调节后的模拟信号；

A/D转换模块，用于接收调节后的模拟信号并将其转换为数字信号；

数字信号处理模块，用于接收数字信号并对其进行计算、比较和分析；

以及报警信号输出模块，用于将报警信号输出；

其中，所述的模拟信号输入模块、A/D转换模块、数字信号处理模块和报警信号输出模块均集成在所述的微机励磁调节器中。

2.如权利要求1所述的基于微机励磁调节器的旋转二极管故障检测***，其特征在于，所述的数字信号处理模块选用DSP芯片。

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