本發(fā)明屬于電機(jī)系統(tǒng)故障診斷，具體為多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障診斷方法。

背景技術(shù)：

1、綠色航空愿景對(duì)多電/全電飛機(jī)的發(fā)展提出了更高要求。大容量、高效和高可靠的起動(dòng)/發(fā)電一體化技術(shù)是多電/全電飛機(jī)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。多級(jí)式無刷同步電機(jī)由于其發(fā)電技術(shù)成熟、勵(lì)磁可控等優(yōu)勢已經(jīng)成為該技術(shù)領(lǐng)域的重要研究對(duì)象之一。如圖1所示，多級(jí)式起發(fā)電機(jī)由同軸安裝的副勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器和主電機(jī)等部件組成。

2、在多級(jí)式起發(fā)電機(jī)的起動(dòng)階段和發(fā)電階段勵(lì)磁機(jī)均通過旋轉(zhuǎn)整流器為主電機(jī)提供直流勵(lì)磁電流，因此旋轉(zhuǎn)整流器的正常運(yùn)行是對(duì)整個(gè)起發(fā)電系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障。然而，由于旋轉(zhuǎn)整流器位于轉(zhuǎn)子側(cè)，長期在高速旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)、高溫等惡劣情況下運(yùn)行，使得旋轉(zhuǎn)整流器的故障率遠(yuǎn)高于其他部件。因此，為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，針對(duì)旋轉(zhuǎn)整流器進(jìn)行故障診斷具有重要意義。旋轉(zhuǎn)整流器是由6個(gè)二極管組成的三相全橋整流電路。在實(shí)際應(yīng)用中，若多級(jí)式起動(dòng)/發(fā)電機(jī)處于發(fā)電階段時(shí)旋轉(zhuǎn)整流器出現(xiàn)單個(gè)二極管開路故障，可以通過調(diào)整勵(lì)磁等方式來使系統(tǒng)降額“帶病”運(yùn)行。然而，由于單個(gè)二極管開路會(huì)導(dǎo)致三個(gè)橋臂不再平衡，從而增加旋轉(zhuǎn)整流器再次發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本發(fā)明主要針對(duì)多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器的二次故障診斷，包括開路和短路故障類型的區(qū)分以及開路故障下故障二極管的定位。

3、本申請(qǐng)與現(xiàn)有技術(shù)相比區(qū)別如下：

4、與公開專利cn?118465529?a?“一種多級(jí)式起動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障在線診斷方法”的技術(shù)對(duì)比；

5、專利cn?118465529?a是通過測量的勵(lì)磁機(jī)定子電壓、電流和轉(zhuǎn)子位置對(duì)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行估算，再利用估算的轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行故障診斷，而本專利是直接利用勵(lì)磁機(jī)定子側(cè)的閑置繞組端電壓進(jìn)行故障診斷。兩者在技術(shù)思路上存在本質(zhì)區(qū)別。

6、專利cn?118465529?a是通過估算后的轉(zhuǎn)子三相電流的平均值特征來診斷旋轉(zhuǎn)整流器的二次故障，而本專利是通過勵(lì)磁機(jī)定子側(cè)閑置繞組端電壓的極大值點(diǎn)分布特征來診斷二次故障。兩者在算法上存在本質(zhì)區(qū)別。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器的故障診斷，本發(fā)明提出了多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障診斷方法，多級(jí)式起發(fā)電機(jī)發(fā)生旋轉(zhuǎn)整流器單個(gè)二極管開路故障并“帶病”降額運(yùn)行后實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障的在線診斷，包括開路和短路故障類型的區(qū)分以及開路故障下故障二極管的定位。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障診斷方法，包括如下步驟：

4、步驟1：在線獲取一個(gè)周期內(nèi)勵(lì)磁機(jī)閑置繞組端電壓的第一特征電壓值，并通過電壓序列重組來計(jì)算第二特征電壓值：

5、步驟2：將電壓序列進(jìn)一步重構(gòu)為三個(gè)新的電壓序列并分別計(jì)算這三個(gè)電壓序列的最大值：

6、步驟3：計(jì)算電壓比值并獲取故障特征值：

7、步驟4：結(jié)合特征電壓比值r和故障特征值q進(jìn)行旋轉(zhuǎn)整流器二次故障類型診斷。

8、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，步驟1具體為；

9、1.1依據(jù)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算所得的基波頻率，通過電壓傳感器測量并采用滑窗方式采集一個(gè)周期內(nèi)勵(lì)磁機(jī)閑置繞組端電壓，形成電壓序列，其中n為一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)；

10、1.2計(jì)算獲取一個(gè)周期內(nèi)閑置繞組端電壓的最大值，記為第一特征電壓值，并記錄在電壓序列中的位置，記為m；

11、1.3將一個(gè)周期內(nèi)的閑置繞組端電壓序列分成2組，分別記作和，序列的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為，的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為，為?四舍五入后的整數(shù)，依據(jù)序列的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)以及在序列u中的位置m，則：

12、；

13、若,則；若,則；其中；

14、1.4計(jì)算電壓序列的最大值，記為第二特征電壓值。

15、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，步驟2具體為；

16、2.1將進(jìn)一步重構(gòu)為三個(gè)新的電壓序列，分別記作，和，序列和的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為，的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為，為四舍五入后的整數(shù)；

17、2.2依據(jù)序列的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，則；

18、；

19、若,則;若,則；其中；

20、2.3分別計(jì)算序列，和的最大值，分別記為、和。

21、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，步驟3具體為；

22、3.1定義第一特征電壓值與第二特征電壓值的比值為特征電壓比值r，并通過公式計(jì)算獲取；定義第一特征電壓值與，，的比值分別為電壓比值r1、r2和r3，并分別通過公式、和計(jì)算獲??；

23、3.2定義故障特征值q，其值為r1、r2和r3的值在設(shè)定閾值區(qū)間內(nèi)的數(shù)量，通過將r1、r2和r3的值與設(shè)定閾值區(qū)間進(jìn)行比較獲取q。

24、作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，步驟4具體為；

25、4.1比較r值與設(shè)定閾值與：若則表明旋轉(zhuǎn)整流器二次故障為已故障二極管同橋臂另一二極管發(fā)生開路故障；若則表明旋轉(zhuǎn)整流器發(fā)生的二次故障為短路故障；

26、4.2若，進(jìn)一步結(jié)合故障特征量q進(jìn)行診斷：若q=1，表明與已故障二極管處于不同橋臂且為同側(cè)方向的另一二極管發(fā)生開路故障；若q=2，表明與已故障二極管處于不同一橋臂且為對(duì)側(cè)方向的二極管開路故障；若?q=3，則表明旋轉(zhuǎn)整流器未發(fā)生二次故障；

27、所述的取值為0.9～1.2，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象確定；

28、所述的取值為7.0～8.0，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象確定。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

30、本發(fā)明提出了一種通過發(fā)電狀態(tài)下勵(lì)磁機(jī)閑置繞組端電壓對(duì)多級(jí)式起動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器進(jìn)行二次故障診斷的方法，該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)整流器“帶病”運(yùn)行狀態(tài)下（已發(fā)生單個(gè)二極管開路故障）的二次故障診斷，包括故障類型判斷及開路故障下的二極管定位；2）充分利用了系統(tǒng)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)勵(lì)磁機(jī)閑置的勵(lì)磁繞組；3）數(shù)據(jù)處理過程和算法簡潔，易實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行。所提方法有助于提高多級(jí)式起發(fā)系統(tǒng)的可靠性，避免故障蔓延。

技術(shù)特征：

1.多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障診斷方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障診斷方法，其特征在于：步驟1具體為；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障診斷方法，其特征在于：步驟2具體為；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障診斷方法，其特征在于：步驟3具體為；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障診斷方法，其特征在于：步驟4具體為；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種多級(jí)式起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器二次故障診斷方法。若多級(jí)式起發(fā)電機(jī)處于發(fā)電階段時(shí)旋轉(zhuǎn)整流器出現(xiàn)單個(gè)二極管開路故障，系統(tǒng)可降額“帶病”運(yùn)行。然而，單個(gè)二極管開路會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)整流器三個(gè)橋臂不再平衡，從而增加二次故障的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明所提方法基于勵(lì)磁機(jī)定子閑置繞組端電壓波形的極大值點(diǎn)分布特征來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)整流器的二次故障診斷。所提方法充分利用了系統(tǒng)處于發(fā)電階段時(shí)勵(lì)磁機(jī)閑置的勵(lì)磁繞組，算法簡潔，能夠在線實(shí)時(shí)診斷旋轉(zhuǎn)整流器的二次故障。

技術(shù)研發(fā)人員：孫承浩,李首成,徐文靜,丁樹業(yè)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30