CN109708567A - 一种旋转变压器的故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种旋转变压器的故障检测方法。所述旋转变压器的故障检测方法包括：步骤1：在起动过程中，周期检测并存储电机转子位置信息，包括电机转子位置和检测时间；步骤2：自第二个周期检测并存储电机转子位置信息开始，获取该周期内的各个电机转子位置变化差值以及本次变化率；步骤3：预设第一预设阈值，将各个本次变化率与第一预设阈值进行比较，当任意一个本次变化率超过第一预设阈值时，记录增加一次故障次数；步骤4：若增加一次故障次数增加的数量超过第二预设阈值时，确定故障为旋转变压器故障。本申请可以防止系统进行误保护，影响系统的正常起动，避免虚警现象，提高系统的可靠性和安全性。

Description

一种旋转变压器的故障检测方法

技术领域

本申请属于旋转变压器技术领域，特别涉及一种旋转变压器的故障 检测方法。

背景技术

永磁同步电机由于其效率高、转矩稳定、响应速度快等特点，在航 空电机起动控制系统中被逐渐应用，而在该控制系统中，电机转速是电 机起动控制的一个重要参数，电机转速一般通过转子位置的变化率计算 得到，为此转子位置的准确与可靠检测是控制技术中的关键，在常用的 用于检测转子位置的传感器中，由于旋转变压器相比于霍尔位置传感器、 光栅编码器而言，具有耐高温、抗冲击性好、抗干扰能力强等显著优点， 因此在航空电机起动控制系统中，采用旋转变压器检测转子位置，能够 满足航空电机起动控制系统高可靠性、稳定性的要求。

目前，在航空电机起动控制系统中对旋转变压器的研究主要是研究 如何去检测电机的转子位置，以计算获得电机转速进行电机起动控制， 并未涉及旋转变压器的故障检测方法的研究，但是处于对飞机安全性考 虑，防止电机转速计算错误导致电机起动控制失效，引起安全问题，必 须要对旋转变压器的故障进行检测，以便在早期发现系统的潜在危险， 确保系统运行的可靠性。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个 上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种旋转变压器的故障检测方法，以解决现 有技术的中的至少一个上述缺陷。

本申请的技术方案是：

本申请提供一种旋转变压器的故障检测方法，用于航空电机起动控 制系统，其特征在于，所述旋转变压器的故障检测方法包括：

步骤1：在起动过程中，以预设时间为时间间隔，周期检测并存储电 机转子位置信息，所述电机转子位置信息包括电机转子位置和检测时间；

步骤2：自第二个所述周期检测并存储电机转子位置信息开始，根据 各个时间间隔下的电机转子位置信息与各个时间间隔的前一时间间隔下 的电机转子位置信息，获取电机转子位置变化差值以及本次变化率，从 而获取该周期内的各个电机转子位置变化差值以及本次变化率；

步骤3：预设第一预设阈值，将各个本次变化率与第一预设阈值进行 比较，当任意一个本次变化率超过第一预设阈值时，记录增加一次故障 次数；

步骤4：预设电机转子检测延时时间以及第二预设阈值，判断电机转 子检测延时时间是否大于预设时间，当在所述电机转子检测延时时间内， 若所述增加一次故障次数增加的数量超过第二预设阈值时，确定故障为 旋转变压器故障，对系统进行保护，并将故障信息报送给用户。

可选地，所述第一阈值为范围值，所述第一阈值的范围值为历史有 效变化率-常量阈值至历史有效变化率+常量阈值。

可选的，所述旋转变压器的故障检测方法进一步包括：

在每个周期后，更新所述历史有效变化率的步骤。

可选地，所述在每个周期后，更新所述历史有效变化率的步骤具体 为：

获取一个周期的历史有效变化率；

获取获取历史有效变化率的周期的本次变化率；

根据所述本次变化率与历史有效变化率形成更新后的历史有效变化 率，该更新后的历史有效变化率为下个周期的历史有效变化率。

可选地，所述更新后的历史有效变化率具体为：

更新后的历史有效变化率＝本次变化率×a+历史有效变化率×b，其 中，a+b＝1，且a<b。

可选地，所述预设时间为10毫秒。

可选地，所述步骤3具体为：若所述增加一次故障次数增加的数量未 超过第二预设阈值时，至本次电机转子检测延时时间到达，将故障次数 清零重新进行累加。

可选地，所述第二预设阈值为N次，其中，N取15～25中的任意数值。

可选地，所述电机转子位置变化差值＝任意一个时间间隔下的电机转 子位置-该时间间隔的上一个时间间隔的电机转子位置。

可选地，所述本次变化率为＝(W1-W2)/(T1-T2))；其中，

W1为任意一个时间间隔下的电机转子位置；W2为W1的时间间隔的 上一个时间间隔的电机转子位置；T1为W1的时间间隔下的检测时间；T2 为W2的时间间隔下的检测时间。

本申请的旋转变压器的故障检测方法在电机起动过程中，在有限的 时间内对旋转变压器进行周期故障检测，当发现旋转变压器有故障，并 且在给定时间内，旋转变压器故障次数超过阈值时，才确定旋转变压器 有故障，这样，可以在有限的时间内，准确地检测旋转变压器是否真的 存在故障，当确定是旋转变压器故障时，及时对系统进行保护，停止起 动，并将故障信息上报给用户，便于用户对系统进行维护。另外，本发 明所述故障检测方法，可以防止系统进行误保护，影响系统的正常起动， 避免虚警现象，提高系统的可靠性和安全性。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的旋转变压器的故障检测方法的流程 示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描 述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具 有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而 不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在 用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施 例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例 进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方 位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

图1是根据本发明第一实施例的旋转变压器的故障检测方法的流程 示意图。

如图1所示的旋转变压器的故障检测方法，用于航空电机起动控制系 统，其特征在于，所述旋转变压器的故障检测方法包括：

步骤1：在起动过程中，以预设时间为时间间隔，周期检测并存储电 机转子位置信息，所述电机转子位置信息包括电机转子位置和检测时间；

步骤2：自第二个所述周期检测并存储电机转子位置信息开始，根据 各个时间间隔下的电机转子位置信息与各个时间间隔的前一时间间隔下 的电机转子位置信息，获取电机转子位置变化差值以及本次变化率，从 而获取该周期内的各个电机转子位置变化差值以及本次变化率；

步骤3：预设第一预设阈值，将各个本次变化率与第一预设阈值进行 比较，当任意一个本次变化率超过第一预设阈值时，记录增加一次故障 次数；

步骤4：预设电机转子检测延时时间以及第二预设阈值，判断电机转 子检测延时时间是否大于预设时间，当在所述电机转子检测延时时间内， 若所述增加一次故障次数增加的数量超过第二预设阈值时，确定故障为 旋转变压器故障，对系统进行保护，并将故障信息报送给用户。

可选地，所述第一阈值为范围值，所述第一阈值的范围值为历史有 效变化率-常量阈值至历史有效变化率+常量阈值。

可选地，所述旋转变压器的故障检测方法进一步包括：

在每个周期后，更新所述历史有效变化率的步骤。

可选地，所述在每个周期后，更新所述历史有效变化率的步骤具体 为：

获取一个周期的历史有效变化率；

获取获取历史有效变化率的周期的本次变化率；

根据所述本次变化率与历史有效变化率形成更新后的历史有效变化 率，该更新后的历史有效变化率为下个周期的历史有效变化率。

在第一个周期里，历史有效变化率为本次变化率，因此，第二个周 期的历史有效变化率就是第一个周期的本次变化率。

可选地，所述更新后的历史有效变化率具体为：

更新后的历史有效变化率＝本次变化率×a+历史有效变化率×b，其 中，a+b＝1，且a<b。通常b取0.7～0.8，a取0.2～0.3。例如，更新后的历史 有效变化率＝本次变化率×0.2+历史有效变化率×0.8。

可选地，所述预设时间为10毫秒。

可选地，所述步骤3具体为：若所述增加一次故障次数增加的数量未 超过第二预设阈值时，至本次电机转子检测延时时间到达，将故障次数 清零重新进行累加。

可选地，所述第二预设阈值为N次，其中，N取15～25中的任意数值， 例如20次。

可选地，所述电机转子位置变化差值＝任意一个时间间隔下的电机转 子位置-该时间间隔的上一个时间间隔的电机转子位置。

可选地，本次变化率为＝(W1-W2)/(T1-T2))；其中，

W1为任意一个时间间隔下的电机转子位置；W2为W1的时间间隔的 上一个时间间隔的电机转子位置；T1为W1的时间间隔下的检测时间；T2 为W2的时间间隔下的检测时间。

下面以举例的方式对本申请进行进一步阐述。可以理解的是，该举 例并不构成对本申请的任何限制。

步骤1：在起动过程中，以预设时间为时间间隔，周期检测并存储电 机转子位置信息，所述电机转子位置信息包括电机转子位置和检测时间；

步骤2：根据各个时间间隔下的电机转子位置信息与各个时间间隔的 前一时间间隔下的电机转子位置信息，获取电机转子位置变化差值以及 本次变化率，从而获取该周期内的各个电机转子位置变化差值以及本次 变化率；

步骤3：预设第一预设阈值，将各个本次变化率与第一预设阈值进行 比较，当任意一个本次变化率超过第一预设阈值时，记录增加一次故障 次数；预设电机转子检测延时时间以及第二预设阈值，判断电机转子检 测延时时间是否大于预设时间，当在所述电机转子检测延时时间内，若 所述增加一次故障次数增加的数量超过第二预设阈值时，置旋转变压器 故障标志，执行下一步；

步骤4：根据旋转变压器故障标志是否有效，判断旋转变压器是否出 现故障，若旋转变压器故障标志为有效时，确定故障为旋转变压器故障， 对系统进行保护，并将故障信息报送给用户，若旋转变压器故障标志为 无效时，确定旋转变压器故障未出现故障。

需要说明的是，由于获得的电机转子位置信息为0-4096的数字值，当 转子位置变化到4096时会至0再至0-4096区间某一值时，当周期内检测到 本次与上次电机转子位置经历了由4096至0的范围时，根据电机控制转速 范围，给予位置补偿；具体方法如下：

当两次转子位置差大于3000时，认为电机反转，位置差减去4096作 为补偿位置补偿，或两次转子位置差小于-1000时，位置差加上4096补偿 位置补偿。

例如，检测到本次电机转子位置为50，上次电机转子位置为3000， 说明转子位置变化时经历了到4096时会至0再至500的这个过程，为此需 要进行补偿。两次电机转子位置差为(500-3000＝-2500)，小于-1000， 将电机转子位置差加上4096的补偿，即两次电机转子位置差为 -2500+4096＝1596。

具体的，第一预设阈值＝历史有效变化率±常量阈值，常量阈值是根 据电机转速和实际工程经验结合而给定的一个常量，第一预设阈值实际 为一个预设的数值范围，并非一个常量。

具体的，依据电机转速的平稳性，认为本次电机转子位置本次变化 率应在上次历史有效变化率的阈值范围内，正常情况下不会出现超阈值， 除非转子位置采样失效，引起跳变超阈值。据此，当本次变化率超出第 一预设阈值范围时，认为电机转子位置可能失效，当将故障次数加1，执 行下一步，否则，故障次数不变。

具体的，更新后的历史有效变化率计算如下：

更新后的历史有效变化率＝本次变化率×0.2+历史有效变化率×0.8。

对有效变化率进行了一阶低通滤波，反映了当前转子位置变化的趋 势，可作为电机转速计算使用。

现结合具体实施例，对本发明进行描述：

本发明所述旋转变压器故障检测方法入下：

系统设置检测周期为10ms，即每10ms周期性地对电机周期转子位置 检测，第160ms时刻检测电机转子位置为2900，第170ms时刻检测电机转 子位置为1654，并将以上所有信息进行存储。

获得当前电机转子位置W1和当前检测时间T1，并进行存储；

例如：当前时间为第170ms，当前电机转子位置为1654，即W1＝1654， T1＝170ms。

根据周期检测历史存储的结果，获取上次电机转子位置W2和上次检 测时间T2；

例如：历史记录中，检测时间为第160ms时电机转子位置为2900，检 测时间为第170ms时电机转子位置为1654，即W2＝2900，T2＝160ms。

获取本周期内电机转子位置变化差值ΔWb，以及本次变化率ΔNb；

例如：根据上述例子，本周期内电机转子位置变化差值Δ Wb＝W1-W2＝1654-2900＝-1246，由于-1246<(-1000)，故Δ Wb＝-1246+4096＝2850，本次变化率ΔNb＝2850/(180-170)＝285。

获取历史有效变化率，根据历史有效变化率，计算第一预设阈值， 第一预设阈值＝历史有效变化率±常量阈值；

例如：根据历史记录结果，当前时间为第170ms，前160ms历史有效 变化率为230，给定的常量阈值为40，则第一预设阈值＝230±40，即第一 预设阈值范围为[190，270]。

将本次变化率与第一预设阈值进行比较，当本次变化率超过第一预 设阈值范围时，执行下一步，将故障次数加1，否则，故障次数不变；

例如，在上述例子中，本次变化率为285，第一预设阈值范围为[190， 270]，本次变化率超出第一预设阈值的范围。

将故障次数加1，并将转子故障检测延时时间加1；

例如：假定故障次数为21次，由于本次电机转子变化率大于给定第 一预设阈值，故执行完本步骤后，故障次数加1，即为22次。

将转子位置故障检测延时与预设时间进行比较，当转子位置故障检 测延时大于预设时间时，执行下一步；

将转子位置故障检测延时时间清零；

例如：结合前面的例子，假设转子位置故障检测延时的预设时间为 1s，转子位置故障检测延时计数器已经到达1s，此时可将转子位置故障检 测延时时间清零。

将故障次数与第二预设阈值进行比较，当故障次数大于第二预设阈 值时，执行下一步；

例如：第二预设阈值为20次，转子位置故障检测延时到达预设时间， 且故障次数为22次，此时故障次数大于第二预设阈值，即表示在1s时间内， 故障次数已经超过预设的20次，认为旋转变压器发生了故障，继续执行 下一步。

将旋转变压器故障标识位置位，并清零故障次数；

例如，可以设置旋转变压器故障标识位置为1，表示有故障，0表示 标识位无效，即无故障。在预设时间1s内,故障次数为22，即在1s内，故 障次数超过了第二预设阈值，则认为旋转变压器出现故障，故将旋转变 压器故障标识位置为1。

另外，假如在1s内，故障此时为5次，则认为旋转变压器无故障，出 现的5次故障，可能是系统外界的干扰引起的抖动等，不会将旋转变压器 故障标识位置为1，系统可以正常工作，这样可以防止误报故，避免虚警 现象的发生。

根据旋转变压器故障标志位是否有效，判断旋转变压器是否有故障， 当旋转变压器故障标识位有效时，认为旋转变压器有故障，执行下一步；

例如，可以根据旋转变压器故障标志位为1还是0，来判断旋转变压 器故障位是否有效，当旋转变压器故障标志位为1，表示标识位有效。

确定旋转变压器出现故障，对系统进行保护，并将故障信息报送给 用户；

具体的，当确定旋转变压器出现故障时，立刻停止电机旋转，对系 统进行保护，并将该故障信息及时上报给用户。

确定旋转变压器无故障；

根据本次变化率，更新历史有效变化率；

例如：第170ms时，电机转子位置本次变化率为285，所占比重为0.2， 前160ms的历史有效变化率为230，比重为0.8，那么，本周期结束时，前 170ms的历史有效变化率即是更新后的历史有效变化率，具体计算为：285 ×0.2+230×0.8＝241，这样在下一个周期进行检测时，历史有效变化率 就是241，可根据此值，计算出第一预设阈值。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此， 本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种旋转变压器的故障检测方法，用于航空电机起动控制系统，其特征在于，所述旋转变压器的故障检测方法包括：

步骤1：在起动过程中，以预设时间为时间间隔，周期检测并存储电机转子位置信息，所述电机转子位置信息包括电机转子位置和检测时间；

步骤2：自第二个所述周期检测并存储电机转子位置信息开始，根据各个时间间隔下的电机转子位置信息与各个时间间隔的前一时间间隔下的电机转子位置信息，获取电机转子位置变化差值以及本次变化率，从而获取该周期内的各个电机转子位置变化差值以及本次变化率；

步骤3：预设第一预设阈值，将各个本次变化率与第一预设阈值进行比较，当任意一个本次变化率超过第一预设阈值时，记录增加一次故障次数；

步骤4：预设电机转子检测延时时间以及第二预设阈值，判断电机转子检测延时时间是否大于预设时间，当在所述电机转子检测延时时间内，若所述增加一次故障次数增加的数量超过第二预设阈值时，确定故障为旋转变压器故障，对系统进行保护，并将故障信息报送给用户。

2.如权利要求1所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，所述第一阈值为范围值，所述第一阈值的范围值为历史有效变化率-常量阈值至历史有效变化率+常量阈值。

3.如权利要求2所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，所述旋转变压器的故障检测方法进一步包括：

在每个周期后，更新所述历史有效变化率的步骤。

4.如权利要求3所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，所述在每个周期后，更新所述历史有效变化率的步骤具体为：

获取一个周期的历史有效变化率；

获取获取历史有效变化率的周期的本次变化率；

根据所述本次变化率与历史有效变化率形成更新后的历史有效变化率，该更新后的历史有效变化率为下个周期的历史有效变化率。

5.如权利要求4所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，所述更新后的历史有效变化率为：

更新后的历史有效变化率＝本次变化率×a+历史有效变化率×b，其中，a+b＝1，且a<b。

6.如权利要求1所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，所述预设时间为10毫秒。

7.如权利要求1所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，所述步骤3具体为：若所述增加一次故障次数增加的数量未超过第二预设阈值时，至本次电机转子检测延时时间到达，将故障次数清零重新进行累加。

8.如权利要求1所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，所述第二预设阈值为N次，其中，N取15～25中的任意数值。

9.如权利要求1所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，所述电机转子位置变化差值＝任意一个时间间隔下的电机转子位置-该时间间隔的上一个时间间隔的电机转子位置。

10.如权利要求1所述的旋转变压器的故障检测方法，其特征在于，

所述本次变化率为＝(W1-W2)/(T1-T2))；其中，

W1为任意一个时间间隔下的电机转子位置；W2为W1的时间间隔的上一个时间间隔的电机转子位置；T1为W1的时间间隔下的检测时间；T2为W2的时间间隔下的检测时间。