CN105182234A - 一种它励模式下开关磁阻发电机开关器件故障的诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种它励模式下开关磁阻发电机开关器件故障的诊断方法。它包括以下步骤：测量功率变换器每一相的相电流及续电流；选取相电流与其参考值之比的有效值；计算续电流的有效值；将上述相电流的有效值以及续电流的有效值两两相减得到相电流及续电流的诊断参数；将相电流及续电流的诊断参数与三个判断阀值K₁、K₂和K₃进行比较，确定功率变换器的损坏开关器件。本发明快速方便地诊断出开关器件的短路、开路故障，方便技术人员及时排除故障，保证系统的正常运行。

Description

一种它励模式下开关磁阻发电机开关器件故障的诊断方法

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻发电机的故障诊断方法，特别涉及一种它励模式下开关磁阻发电机开关器件故障的诊断方法。

背景技术

开关磁阻电机定、转子均为凸极结构，定转子磁路均由硅钢片叠压组成。定子凸极轭部绕有工作线圈，定子上径向相对的两凸极线圈串联构成一极对绕组。由于开关磁阻电机大多数应用于驱动机械之用，比如开关磁阻电机的矿车等，因此无论国内还是国外，对开关磁阻电机的故障诊断研究主要集中在开关磁阻电动机上。而随着现代科技的发展，尤其在一些重要的应用场合，如航空应用发电、海上风力发电，开关磁阻发电机表现出优越的特性，开关磁阻发电机也越来越得到人们的重视，但现有开关磁阻发电机的故障诊断并不能判断出具体的故障器件，这样维护时只能将整个系统停机，降低了系统的运行效率，并造成维护时间的延长。

发明内容

为了解决开关磁阻发电机功率变换器开关器件故障诊断存在的技术问题，本发明是提供一种方便、快速诊断它励模式下开关磁阻发电机功率变换器开关器件故障的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

测量开关磁阻发电机功率变换器每一相的相电流及续电流；

取相电流与其参考值之比的有效值；计算续电流的有效值；

将上述相电流的有效值以及续电流的有效值两两相减得到相电流及续电流的诊断参数；

将相电流及续电流的诊断参数与三个判断阀值K₁、K₂和K₃进行比较，确定功率变换器的损坏开关器件。

本发明的技术效果在于：本发明在常规的开关磁阻发电机功率变换器的每一相下续流二极管处分别增加一个电流传感器测量每一相的续电流，将相电流和续电流相结合，根据实际故障时的相电流和续电流的诊断参数值，可以快速的诊断出故障相，甚至具体诊断出出现故障的某一元器件，这样便于将系统快速的修复，提高系统的运行效率。

附图说明

图1是本发明中简化的它励模式下开关磁阻发电机功率变换器分析模型。

图2是本发明中下开关器件短路时电流流向图。

图3是本发明中上开关器件短路时电流流向图。

图4是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，由于开关磁阻发电机每一相是独立的，因此此处只对一相进行故障分析和诊断过程作详细的介绍。

开关器件的短路：如图2和图3所示，当下开关器件发生短路时，该相在励磁阶段是正常的，但是相电流进行到续流时，开关器件无法正常的关断，导致在续流二极管和开关器件之间形成高于正常相电流数倍的环流，而无法正常的进行续流，导致系统扭矩畸变，系统运行不正常，机体发生剧烈的震动。当上开关器件发生短路时，由于是发电机工作于它励模式，该相拥有正常的相电流和扭矩，这也是开关磁阻发电机相电流单斩波控制的一种控制策略。但是续流时续电流不经过二极管，而是直接通过电源形成续流，如图3所示。因此，在此种情况下，应用了续电流进行诊断。

开关器件的开路：由于开关器件的开路，该相不能正常励磁，导致该相所有的诊断电流信号永久性的变为了零，系统进入了缺相运行状态。虽然可以通过诊断出开路相，但如果没有额外的诊断测试，将无法具体诊断出发生开路的开关器件。系统则通过显示设备通知工作人员进行停机维护。

本发明的故障诊断过程如下：

设置相电流传感器，并在每一相下续流二极管处设置一个电流传感器，测量开关磁阻发电机功率变换器每一相的相电流及续电流；

计算相电流及续电流的有效值；

${\stackrel{\·}{I}}_x=\frac{I_x}{I_{ref}}---\left(1\right)$

其中，I_x、I_ref为相电流和参考值，x＝1，2，3。续电流无参考值：

$\widetilde{I_x}=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{{\stackrel{\·}{I}}_x}^{2}dt}---\left(2\right)$

考虑开关磁阻发电机角速度周期、开通区间等，采样周期T按式(3)选定。

$T=\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}{0.314n}---\left(3\right)$

其中开通区间Δθ＝θ_off-θ_on，n为发电机转速。

计算相电流及续电流的诊断参数，将有效值处理之后的相电流及续电流参数进行每相互相相减：

$\begin{array}{c}{A}_y=\widetilde{I_{Ay}}-\widetilde{I_{By}}\\ B_y=\widetilde{I_{Ay}}-\widetilde{I_{Cy}}\\ C_y=\widetilde{I_{By}}-\widetilde{I_{Cy}}\end{array}---\left(4\right)$

其中，y取值为1或者2。当y＝1时，得到相电流诊断参数；当y＝2时，得到为续电流诊断参数。

开关器件故障导致的续电流和相电流变化，通过逻辑判断可判别故障类型并实现及故障器件定位，逻辑判断见图4。为了控制器依据诊断参数可以准确判断出故障类型和故障器件，设置三个判断阀值K₁、K₂和K₃(K₂＞K₁＞K₃)。K₁用于检测开路的故障相；K₂用于检测下开关器件短路的故障相；而K₃用于检测上开关器件的短路故障。判断阀值K₁、K₂和K₃的取值为：

K₁＝0.5I_ref±0.5

K₂＝1.16I_ref±0.5(5)

K₃＝0.16I_ref±0.5

将相电流及续电流的诊断参数与三个判断阀值K₁、K₂和K₃进行比较，确定功率变换器的损坏开关器件。其具体过程如下：

续电流和相电流的参数分别记为A₁、B₁、C₁、A₂、B₂和C₂(此处假定为三相)，控制系统在获取六个参数之后，先检测相电流参数是否有大于阀值K₂，即检测“‘|A₂|>K₂’OR‘|B₂|>K₂’OR‘|C₂|>K₂’”是都为1。如果为1，那么系统可以确认所有的相中有下开关器件短路故障发生。继续检测是否A₂、B₂是否同时大于阀值K₃，即检测‘|A₂|>K₂’&‘|B₂|>K₂’是否为1，如果是，那么可以确定发生下开关器件短路故障为A相。否则继续检测A₂、C₂是否同时大于阀值K₃，即检测‘|A₂|>K₂’&‘|C₂|>K₂’是否为1，如果是，那么可以确定发生下开关器件短路故障为B相，否则为C相发生短路故障。如果系统检测到没有一个相电流参数值大于阀值K₃，则立即检测是否大于阀值K₁，即检测‘|A₂|>K₁’OR‘|B₂|>K₁’OR‘|C₂|>K₁’是否为1，如果是，控制系统可以确定系统有开路故障发生。控制则立即检测A相和B相是否同时大于K₁，即检测‘|A₂|>K₁’&‘|B₂|>K₁’是否为1，如果是，则确定发生开路故障的为A相。否则，则继续检测A相和C相的参数，即检测‘|A₂|>K₁’&‘|C₂|>K₁’是否为1，如果是，则可以确认发生开路故障的为B相，否则则为C相。由于开路故障发生之后该相无法进行正常励磁，故所有的电流信号都将不能检测，因此无法诊断出发生开路故障的具体元器件，控制系统则通过显示设备通知工作人员进行停机维护。如果检测到相电流参数没有一个大于阀值K₁，控制系统则检测续电流参数A₁、B₁和C₁是否有大于阀值K₃，即检测‘|A₁|>K₃’OR‘|B₁|>K₃’OR‘|C₁|>K₃’是否为1，如果是，控制系统可以确认有系统发生了上开关器件的短路故障。继续检测A相和B相续电流参数是否同时大于阀值K₃，即为检测‘|A1|>K3’&‘|B1|>K3’是否为1，如果是，则可以确认A相发生了上开关器件短路故障。否则检测A相和B相续电流参数，即为检测‘|A₁|>K₃’&‘|B₁|>K₃’是否为1，如果是，则可以确认为发生上开关器件短路故障的为B相。否则继续检测‘|C₁|>K₃’&‘|B₁|>K₃’是否为1，如果是，则为C相发生上开关器件短路故障。如果系统没有检测到续电流参数和相电流异常，则为正常运行状态，控制检测逻辑则返回，再次获取参数继续检测。

Claims (4)

1.一种它励模式下开关磁阻发电机开关器件故障的诊断方法，包括以下步骤：

测量开关磁阻发电机功率变换器每一相的相电流及续电流；

选取相电流与其参考值之比的有效值；计算续电流的有效值；

将上述相电流的有效值以及续电流的有效值两两相减得到相电流及续电流的诊断参数；

将相电流及续电流的诊断参数与三个判断阀值K₁、K₂和K3进行比较，确定功率变换器的损坏开关器件。

2.根据权利要求1所述的它励模式下开关磁阻发电机开关器件故障的诊断方法，所述有效值的计算为：其中，I_x、I_ref为相电流和参考值，x＝1，2，3；x＝1，2，3；，T为采样周期，其中开通区间Δθ＝θ_off-θ_on，n为发电机转速。

3.根据权利要求1所述的它励模式下开关磁阻发电机开关器件故障的诊断方法，所述相电流及续电流的诊断参数为：

其中，y取值为1或者2，当y＝1时，得到续电流诊断参数；当y＝2时，得到为续电流诊断参数。

4.根据权利要求1所述的它励模式下开关磁阻发电机开关器件故障的诊断方法，所述确定功率变换器的损坏开关器件步骤为：

将相电流及续电流的诊断参数A₁、B₁、C₁、A₂、B₂和C₂与三个判断阀值K₁、K₂、K₃进行比较；K₁为开路的故障相判断阀值，K₂为下开关器件短路的故障相判断阀值；K₃为上开关器件短路的故障相判断阀值；将相电流参数与阀值K₂进行比较，若“‘|A₂|>K₂’OR‘|B₂|>K₂’OR‘|C₂|>K₂’”是都为1，可以确认有下开关器件短路故障发生；继续检测是否A₂、B₂是否同时大于阀值K₃，即检测‘|A₂|>K₂’&‘|B₂|>K₂’是否为1，如果是，那么可以确定发生下开关器件短路故障为A相；否则继续检测A₂、C₂是否同时大于阀值K₃，即检测‘|A₂|>K₂’&‘|C₂|>K₂’是否为1，如果是，那么可以确定发生下开关器件短路故障为B相，否则为C相发生短路故障；若没有一个相电流参数值大于阀值K₃，则检测相电流参数值是否有一个大于阀值K₁，即检测‘|A₂|>K₁’OR‘|B₂|>K₁’OR‘|C₂|>K₁’是否为1，如果是，可以确定有开路故障发生；并检测A相和B相是否同时大于K₁，即检测‘|A₂|>K₁’&‘|B₂|>K₁’是否为1，如果是，则确定发生开路故障的为A相；否则，继续检测‘|A₂|>K₁’&‘|C₂|>K₁’是否为1，如果是，则确认发生开路故障的为B相，否则为C相开路故障；如果检测到相电流参数没有一个大于阀值K₁，则检测‘|A₁|>K₃’OR‘|B₁|>K₃’OR‘|C₁|>K₃’是否为1，如果是，确认发生了上开关器件的短路故障；继续检测A相和B相续电流参数是否同时大于阀值K₃，即‘|A1|>K3’&‘|B1|>K3’是否为1，如果是，确认A相发生了上开关器件短路故障；否则检测A相和B相续电流参数，即‘|A₁|>K₃’&‘|B₁|>K₃’是否为1，如果是，确认为发生上开关器件短路故障的为B相；否则继续检测‘|C₁|>K₃’&‘|B₁|>K₃’是否为1，如果是，则为C相发生上开关器件短路故障。