CN113777530A - 内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法 - Google Patents

内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法 Download PDF

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CN113777530A CN202111062078.2A CN202111062078A CN113777530A CN 113777530 A CN113777530 A CN 113777530A CN 202111062078 A CN202111062078 A CN 202111062078A CN 113777530 A CN113777530 A CN 113777530A
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Abstract

本发明公开了一种内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法，包括以下步骤：在无刷励磁机的转子两端各安装一组电压信号采集器，电压信号采集器与转轴滑动接触获取轴电压信号，通过数据采集和实时分析系统对轴电压信号进行采集和分析，得到无刷励磁机的轴电压的各次谐波幅值，当故障特征谐波幅值超过设定的故障阈值时，判定旋转整流器二极管出现开路故障，否则判定旋转整流器二极管正常。本发明能够改进现有技术的不足，为现有旋转二极管故障的在线检测提供新判据。

Description

内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法
技术领域
本发明涉及无刷励磁机技术领域，尤其是一种内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法。
背景技术
无刷励磁是大型交流发电机组的主要励磁方式，相对静止励磁，无刷励磁方式不含碳刷和滑环，具有运行安全可靠、噪音污染小的特点。但大型无刷励磁机组长时间、高速、高负荷运行使无刷励磁机的旋转整流桥二极管故障率较高。无刷励磁机在正常运行时，同一时刻有多个二极管同时导通，单个二极管开路故障致使无刷励磁机电枢分支电流重新分配，正常二极管所在支路的负荷增大，可能诱发多个二极管故障的连锁效应，严重影响发电机组的安全可靠运行，实时监控无刷励磁机旋转整流器二极管的运行状态是保障无刷励磁机组长时间稳定运行的前提。
无刷励磁系统包含两部分，一部分是静止部分，另一部分是旋转部分，静止部分包含励磁调节器和内置静止磁极，旋转部分由外置旋转电枢、旋转整流器二极管和发电机转子构成。当发电机组处于正常运行状态时，无刷励磁机整流模块随发电机同步旋转，无法直接检测整流器二极管的工作状态。近年来，国内外专家对无刷励磁机整流器二极管开路故障的现象进行了大量研究，并提出了相关检测方法，常见的检测方法有：DNC(二极管非导通检测系统)法、氖指示灯频率检测法、励磁机定子电流谐波法、发电机端电压频谱分析法、线圈检测法等。
(1)DNC法
DNC法的检测系统中含有三个独立的检测通道，在无刷励磁机的定子侧对应安装呈扇形分布的三个霍尔传感器，放大器接收并放大由传感器检测到的旋转二极管的电流信息，以电压脉冲的形式输出，当两个及两个以上传感器输出的电压脉冲出现缺失时，判断二极管发生开路故障，单个旋转周期内缺失的脉冲数量与故障二极管数量相对应。该方法可以判断出故障二极管的位置，不足之处在于霍尔传感器稳定性较差，易因尘土和油垢等因素干扰失真，使得DNC误报或漏报的频次较高。
(2)氖指示灯频率检测法
氖指示灯频率检测法依据无刷励磁机整流二极管内部材料的物理特征进行检测，通过人工检测熔丝发光管的闪光频率，以判断二极管的工作状态，无法实现实时监测的要求。
(3)励磁机定子电流谐波法
励磁机定子电流谐波法依据旋转二极管故障前后，定子绕组中特征谐波电流的幅值变化来判断旋转整流器的二极管状态。郝亮亮等学者发表的《多相无刷励磁系统励磁机定子电流谐波特性》和《核电多相角型无刷励磁系统旋转二极管开路故障特征分析》中分析了11相角型无刷励磁机旋转二极管单管开路和一相开路的定子电流谐波特征，指出m相角形无刷励磁机旋转二极管单管开路时，定子电流除含直流分量和2m倍次谐波分量外，还含有大量的基波和2次谐波分量，一相开路则以2次和4次等偶数次谐波分量增加为主，且后者谐波的有效值为前者的2倍。武玉才等学者发表的《基于定子电流谐波法的无刷励磁机旋转二极管开路故障检测》分析了无刷励磁机旋转整流器二极管单管开路故障的磁场特征，得到单管故障时，定子电流谐波中25PHz(P为发电机极对数)分量幅值明显增大的判据。
(4)发电机端电压频谱分析法
无刷励磁机旋转整流器二极管开路故障会使发电机气隙产生谐波磁场，进而在发电机定子电枢绕组中感应出谐波电压，通过检测发电机端电压的特定谐波幅值变化可监测无刷励磁机旋转整流器二极管的运行状态。2013年M Salah等人在《Detection ofBrushless Exciter Rotating Diodes Failures by Spectral Analysis of MainOutput Voltage》中研究发现无刷励磁机单只二极管开路故障时，发电机定子端电压出现[(2k+1)P±Pex]Ω谐波分量(其中k为非负整数，P为发电机极对数，Ω为发电机转子旋转频率，Pex为励磁机的极对数)，且发电机端电压的最大值下降70％。2014年IEEE Transactionson Energy Conversion发表的《Brushless three-phase synchronous generator underrotating diode failure conditions》研究了无刷励磁机旋转整流器二极管开路故障对发电机定子端电压的影响，指出旋转二极管开路故障会使发电机端电压的6次谐波分量幅值增加50％以上。专利“US9910083B2-Rectifier diode fault detection in brushlessexciters”中提出由发电机定子端电压的基波与6次谐波幅值之比判断无刷励磁机旋转整流器二极管的运行状态。张艳辉等学者在《十二相整流发电机系统二极管故障时场路耦合仿真分析》中，仿真了十二相整流发电机系统在旋转整流器二极管故障时的运行情况，研究发现单只二极管故障时发电机端电压出现脉冲缺失和小幅度的电压降落。
(5)线圈检测法
线圈检测法是指在无刷励磁机的定子磁极之间的铁轭部分打孔并安装测量线圈，通过测量线圈感应电压的特定谐波诊断二极管开路故障。2018年，IEEE Transactions onEnergy Conversion发表的《An On-line Diagnostic Method for Rotary Diode Open-circuit Faults in Brushless Exciters》一文，分析了39相无刷励磁机旋转整流器二极管单管开路故障时的电枢电流谐波差值变化及电枢磁势变化，提出在无刷励磁机定子的相邻磁极间的铁轭上安装磁场检测线圈，利用检测线圈中感应电压的旋转频率分量变化在线诊断旋转二极管的开路故障；IET Electric Power Applications刊登的文章《Researchon an online diagnosis for rotating diode faults in three-phase brushlessexciter with two coils》研究了旋转整流器二极管开路故障对无刷励磁机电枢磁场和气隙合成磁场的影响，提出在无刷励磁机的定子铁轭上安装两个空间相距180°的磁场检测线圈，通过计算两个检测线圈上的感应电势差检测旋转二极管的工作状态。
经过数十年的研究，人们发现旋转电机运行过程中某些故障可以在转子两端感应出特定频率的轴电压，可将轴电压作为故障诊断信号判断旋转电机的相应故障。
发明专利申请“CN101694508A-一种基于低次谐波轴电压信号的电机转子典型故障诊断方法”提出了通过轴电压信号在线诊断同步发电机的转子绕组匝间短路故障和静偏心故障，指出若同步发电机轴电压信号中jωr/2π的频率分量幅值超过正常值的15％(其中ωr为同步发电机的机械角速度，j/P≠1，3，5……，P为同步发电机的极对数)，则同步发电机转子绕组存在匝间短路故障。若同步发电机轴电压信号中工频频率分量幅值超过正常值的10％，则同步发电机静偏心故障有增大趋势。发明专利申请“CN101672894-基于高次谐波轴电压信号的电机转子匝间短路诊断方法”利用同步发电机定子齿槽数和轴电压故障特征谐波频率的关系，提出通过同步发电机轴电压信号中Mωr/2π(其中M为同步发电机的定子齿槽数，ωr为同步发电机的机械角速度)谐波的幅值变化量来判断同步发电机是否存在转子绕组匝间短路故障，该专利中提出的判定阈值有两个：空载状态下阈值取12％，负载状态下阈值取10％。
内转子式三相无刷励磁机作为一种特殊结构的电机，其磁极是静止的，电枢绕组与旋转整流桥二极管相连且高速旋转，与常规同步发电机的磁极旋转而电枢静止是完全不同的，并且受电枢换相影响，三相电流并非完整的正弦波，因此，其轴电压的形成机理与常规同步发电机完全不同，故障特征频率也有本质区别，需要经过深入的理论分析和验证。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法，能够解决现有技术的不足，为现有旋转二极管故障的在线检测提供新判据。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法，包括以下步骤：
在无刷励磁机的转子两端各安装一组电压信号采集器，电压信号采集器与转轴滑动接触获取轴电压信号，通过数据采集和实时分析系统对轴电压信号进行采集和分析，得到无刷励磁机的轴电压的各次谐波幅值，当故障特征谐波幅值超过设定的故障阈值时，判定旋转整流器二极管出现开路故障，否则判定旋转整流器二极管正常。
作为优选，所述电压信号采集器为碳刷或刷辫。
作为优选，确定旋转整流器二极管开路故障后的气隙磁通密度表达式；
旋转二极管故障时电枢磁势增量表示为，
Figure BDA0003257054230000051
函数Sign(x)定义如下：当x>0，Sign(x)＝1；当x＝0，Sign(x)＝0；当x<0，Sign(x)＝-1；
旋转二极管故障时电枢磁势增量产生的磁通密度可以表示为，
Ba(θs)＝λ(θs)·ΔFa(θs)
列出电枢磁势故障磁势增量对应的磁通密度典型项，
常数项，
Figure BDA0003257054230000052
该项磁通是以正弦规律分布的旋转磁场，其幅值与电枢磁势的幅值成正比，在一个360°周期内，磁势增量仅出现120°，不会在转轴两端感应产生轴电压；
凸极项，
Figure BDA0003257054230000053
由于磁导中仅含有偶数次谐波，当u≠2iP时，这时产生的磁通在励磁机定子圆周方向按正弦规律分布，为旋转磁场，且在一个周期360°内，该磁通仅出现120°；当u＝2iP时，经过积化和差后，
Figure BDA0003257054230000061
作为优选，无刷励磁机旋转整流器二极管开路故障后的轴电压特征频率为nPωr/2πHz，其中n＝1，2，3···，P为无刷励磁机的极对数，ωr为转子旋转的机械角速度。
作为优选，故障判定阈值设定为，
Figure BDA0003257054230000062
其中，A、B、C、D、E分别为旋转整流器二极管正常状态下Pωr/2πHz、2Pωr/2πHz、3Pωr/2πHz、4Pωr/2πHz和5Pωr/2πHz谐波幅值，ΔA、ΔB、ΔC、ΔD、ΔE分别表示旋转整流器二极管故障后Pωr/2πHz、2Pωr/2πHz、3Pωr/2πHz、4Pωr/2πHz和5Pωr/2πHz谐波幅值的变化量。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：
1、本发明提出的基于轴电压特征的旋转整流器二极管开路故障在线诊断方法适用于各种不同转速和极对数的内转子式三相无刷励磁机，具有普遍适用性。
2、本发明提取无刷励磁机的轴电压特征，在机组运行过程中只需要实时采集轴电压信号并对其进行傅里叶变换，通过特征谐波幅值变化即可实现对旋转整流器二极管开路故障的在线诊断。
3、本发明提出的检测方法不需要在励磁机内部安装传感器，通过转子两端的碳刷或刷辫与转轴滑动接触即可获取轴电压信号，碳刷安装方便且成本较低，信号采集不影响机组的正常运行。
附图说明
图1是应用三相内转子式无刷励磁机的同步发电机组电路示意图；
图2是无刷励磁机电枢绕组连接图；
图3是磁通畸变原理图；
图4是旋转二极管正常时AB相导通电枢绕组电流分布及磁势波形图；
图5是旋转二极管正常时AC相导通电枢绕组电流分布及磁势波形图；
图6是单只旋转二极管故障时AB相导通电枢绕组电流分布及磁势波形图；
图7是单只旋转二极管故障时AC相导通电枢绕组电流分布及磁势波形图；
图8是单只旋转二极管故障后AB/AC相导通时段电枢磁势增量图；
图9是电枢磁势增量在转子坐标系下的分布图；
图10是交链转轴交变磁通的变化规律；
图11是电枢增量磁势凸极项畸变感应出的轴电压波形图
图12是电枢增量磁势凸极项畸变感应出的轴电压谐波频谱图
图13是旋转二极管正常时电枢电流变化规律图；
图14是旋转二极管正常时轴电压波形图；
图15是旋转二极管正常时轴电压谐波频谱图；
图16是旋转二极管单管开路时的轴电压波形图；
图17是旋转二极管单管开路时的轴电压谐波频谱图；
图18是轴电压测量电路。
具体实施方式
符号清单：P、无刷励磁机的极对数；ωr、转子的机械角速度；θs、定子空间机械角度；Bmax、磁通密度的幅值；
Figure BDA0003257054230000071
磁通密度的相位；λ0、气隙磁导的常数项；λ2i、气隙磁导的2i次谐波幅值；Af(2j-1)、励磁磁势各次谐波幅值；Na、每极电枢绕组匝数；Ia、励磁机电枢电流；α、电枢槽间角(机械角度)；Aa(2n-1)、电枢磁势各次谐波幅值；β、A5支路正半桥臂二极管导通的初始角；ΔAau、电枢磁势故障磁势增量的各次谐波幅值；Sign、符号函数；INT、取整符号；ΔF、电枢磁势增量；i、k、n、j、u为正整数。
本发明一个具体实施方式包括以下步骤：在无刷励磁机的转子两端各安装一组碳刷(或刷辫)，使之与转轴滑动接触获取轴电压信号，通过数据采集和实时分析系统对轴电压信号进行采集和分析，得到无刷励磁机的轴电压的各次谐波幅值，当故障特征谐波幅值超过设定的故障阈值时，判定旋转整流器二极管出现开路故障，否则判定旋转整流器二极管正常。无刷励磁机旋转整流器二极管开路故障后的轴电压特征频率为nPωr/2πHz，其中n＝1，2，3···，P为无刷励磁机的极对数，ωr为转子旋转的机械角速度。故障判定阈值设定为，
Figure BDA0003257054230000081
其中，A、B、C、D、E分别为旋转整流器二极管正常状态下Pωr/2πHz、2Pωr/2πHz、3Pωr/2πHz、4Pωr/2πHz和5Pωr/2πHz谐波幅值，ΔA、ΔB、ΔC、ΔD、ΔE分别表示旋转整流器二极管故障后Pωr/2πHz、2Pωr/2πHz、3Pωr/2πHz、4Pωr/2πHz和5Pωr/2πHz谐波幅值的变化量。
以国内某电机厂5.8MW内转子式三相无刷励磁机为例，该励磁机励磁系统结构图见图1，电枢绕组接线图见图2，机组参数见表1。
表1 5.8MW内转子式三相无刷励磁机参数
Figure BDA0003257054230000082
Figure BDA0003257054230000091
旋转整流器二极管开路故障会导致励磁机内部气隙磁场不对称，产生交链转轴的交变磁通，使转轴感应产生轴电压。轴电压的成因与励磁机内部电气故障之间存在着密切关联，轴电压信号可以反映出一些常规电气、振动等状态量无法反映的问题。
图1是三相无刷励磁机系统结构示意图，图2是无刷励磁机电枢绕组联结图，无刷励磁机每一相有16条支路并联，每一条支路与两个二极管即一个整流桥臂串联。在任意时刻，任意两相间的感应电动势向量差达到最大值或最小值时，这两相电枢绕组导通，与之相连的整流桥二极管正向导通，此时这两相电枢绕组处于串联状态，通过仿真结果确定导通顺序为：AB→AC→BC→BA→CA→CB，导通角为60°。根据电枢绕组导通的周期性规律和电枢磁场随时间变化的移位特征，在每个周期内无刷励磁机电枢绕组的气隙磁势类似，故以AB段导通为例分析气隙磁势的变化。
电工技术学报2010年发表的文章《基于轴电压的隐极同步发电机转子典型故障诊断》一文，利用气隙磁导法计算隐极同步发电机径向磁场时，发现了一种特殊性质的磁通密度表达式：
Figure BDA0003257054230000092
从(1)式可以看出，该磁通密度表达式中不含有定子空间位置角θs，只含有时间t，说明该磁通密度与空间位置无关，仅与时间有关，沿定子圆周任意位置的磁通密度在任意时刻都是相等的，如图3(a)所示，显然，该磁通密度分布无法满足磁通守恒定理，因此这一部分磁通将通过畸变转化为图3(c)所示的形态，这样既满足磁通连续性定理，又满足轴电压的产生条件。下面采用气隙磁导法分析无刷励磁机的励磁磁场和电枢磁场。
励磁磁场分析
当无刷励磁机正常工作时旋转二极管处于正常导通状态，无刷励磁机的磁极通常为凸极结构，气隙不均匀，气隙磁导λ(θs)可以表示为：
Figure BDA0003257054230000101
根据气隙磁导表达式中的常数项、凸极项，针对性地列出励磁磁场磁通密度的典型项：
常数项
Figure BDA0003257054230000102
该项磁通在定子圆周按正弦规律分布，为静磁场，其幅值与励磁磁势的幅值成正比，大小取决于定子空间位置，不会在转轴两端感应出轴电压。
凸极项Af(2j-1)cos[(2j-1)Pθs]×λ2icos 2iPθs (4)
从(4)式可以看出，由于励磁磁势仅含有奇数次谐波，而磁导中仅含有偶数次谐波，(2j-1)没有等于偶数2i的可能，经过积化和差后所得表达式均为含θs的项，这一类型磁通在励磁机定子圆周方向按正弦规律分布，不会在转轴两端感应出轴电压。
电枢磁场分析
无刷励磁机在正常工况下，电枢磁势随电枢同步旋转，电枢磁势中仅含有奇数次谐波，旋转二极管每完成一次换相，电枢磁场在空间位置上会发生60°的移位，假设电枢绕组在导通阶段电枢电流保持不变，则在AB导通时段电枢磁势可以表示为：
Figure BDA0003257054230000111
励磁机电枢磁势产生的磁通密度可以表示为：
Ba(θs)＝λ(θs)·Fa(θs) (6)
同样不展示气隙磁通密度繁琐的完整表达式，只根据气隙磁导表达式中的常数项、凸极项，针对性地列出电枢磁场磁通密度的典型项：
常数项
Figure BDA0003257054230000112
该项磁通同样是以正弦规律分布的旋转磁场，其幅值与电枢磁势的幅值成正比，在旋转二极管换相过程中其在空间位置上将有60°的跳变，在换相结束后随电枢同步旋转，不会在转轴两端感应出轴电压。
凸极项
Figure BDA0003257054230000113
从式(8)可得，由于电枢磁势仅含有奇数次谐波，而磁导中仅含有偶数次谐波，(2n-1)没有等于2i的可能，因此经过积化和差后所得结果均为含有θs的项，这一类型磁通在励磁机定子圆周方向按正弦规律分布，为旋转磁场，方向受旋转二极管换相影响，不会在转轴两端感应产生轴电压。
通过上述分析，无刷励磁机在无电气故障状态下运行，不满足轴电压的形成条件，因此在转轴两端不会感应出轴电压。
由于电枢绕组结构上的空间对称性和绕组导通的周期性，可选择任意一相中任意一条支路的二极管开路故障进行典型案例分析。本案例在仿真分析时，以机组A相绕组第5条支路(A5)正半桥臂二极管发生开路故障为例。
图4和图5反应出二极管在正常工作状态时AB→AC换相过程中电枢绕组的电流分布及电枢磁势图。图6和图7为A5支路正半桥臂二极管故障情况AB→AC换相过程中电枢绕组的电流分布及电枢磁势图。旋转二极管正常时，受换相过程影响电枢磁场整体发生60°移位，A5支路正半桥臂二极管故障后，受该故障二极管影响，在A相正半桥臂导通时段，A5支路中电流为零，无刷励磁机49号槽的上层导体、55号槽的下层导体、62号槽的上层导体和68号槽的下层导体电流为零。A相绕组局部电流为零使得电枢电流的整体分布变得不对称，A5支路所在区域的电枢磁势波形改变，幅值降低。对比二极管正常和故障情况下的磁势波形图，得到二极管故障后电枢磁势的增量图，如图8所示。
故障二极管支路处出现电枢磁势增量，该增量在B、C换相过程中保持不变，其位置取决于A5支路的空间位置，并且随着电枢同步旋转。为了计算磁势表达式方便，以磁势增量的中分线为纵轴建立独立的坐标系，电枢磁势增量ΔF如图9所示。
根据图9电枢磁势增量分布图可以看出，该增量磁势仅在A5支路正半桥臂二极管应该导通时段出现(120°电角度)，而在A5支路正半桥臂二极管关断时段内，无刷励磁机电枢磁场与二极管正常情况无异。为了体现这一特征，将旋转二极管故障时电枢磁势增量表示为：
Figure BDA0003257054230000121
式(9)中，函数Sign(x)定义如下：当x>0，Sign(x)＝1；当x＝0，Sign(x)＝0；当x<0，Sign(x)＝-1。
旋转二极管故障时电枢磁势增量产生的磁通密度可以表示为：
Ba(θs)＝λ(θs)·ΔFa(θs) (10)
将气隙磁导表达式中的常数项、凸极项分开，针对性地列出电枢磁势故障磁势增量对应的磁通密度典型项。
常数项
Figure BDA0003257054230000131
该项磁通是以正弦规律分布的旋转磁场，其幅值与电枢磁势的幅值成正比，在一个周期(360°)内，磁势增量仅出现120°，不会在转轴两端感应产生轴电压。
凸极项
Figure BDA0003257054230000132
从(12)式可以看到，由于磁导中仅含有偶数次谐波，当u≠2iP时，这时产生的磁通在励磁机定子圆周方向按正弦规律分布，为旋转磁场，且在一个周期360°内，该磁通仅出现120°。当u＝2iP时，经过积化和差后，式(12)变为：
Figure BDA0003257054230000133
式(13)第二项磁通表达式中不含有θs，将会畸变为交链转轴的交变磁通，该磁通的变化规律如图10所示，该畸变磁通感应出的轴电压波形和频谱如图11和图12所示。旋转二极管发生开路故障后，轴电压中含有nPωr/2πHz(其中n为整数)频率的谐波。
为验证上述分析结论，选择表1中的5.8MW三相无刷励磁机作为研究对象，根据其结构和电磁参数建立有限元仿真模型，仿真模拟旋转整流器单只二极管开路故障。
图13是励磁机正常时电枢电流，图14和图15是励磁机正常时轴电压波形及频谱图，励磁机正常时电枢电流对称，以电枢A5支路电流代表电枢电流，从图13可以看到，电枢各支路转过一对磁极时感应的电流幅值相等；从图14可以看到，当励磁机不存在电气和机械故障时，轴电压接近于零，这与理论分析结果相吻合。图16和图17分别为励磁机旋转二极管发生单管开路故障时的轴电压波形和频谱图，从频谱图中可以看到二极管故障后轴电压中Pωr/2πHz整数倍谐波的幅值显著增大，在本仿真案例中Pωr/2πHz(200Hz)谐波幅值增大最为突出。以上仿真现象证明通过轴电压谐波幅值的变化可以对无刷励磁机旋转整流器二极管开路故障进行有效的实时检测。
以上有限元仿真结果与理论分析完全吻合，证明了利用轴电压中Pωr/2πHz整数倍频率的谐波增幅对无刷励磁机旋转整流器二极管开路故障检测的有效性。图18是无刷励磁机轴电压的测量电路，在转轴两端各安装一组碳刷(或刷辫)，使之与转轴滑动接触获取轴电压信号，通过数据采集和实时分析系统对轴电压信号进行采集和分析。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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发明，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发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤：
在无刷励磁机的转子两端各安装一组电压信号采集器，电压信号采集器与转轴滑动接触获取轴电压信号，通过数据采集和实时分析系统对轴电压信号进行采集和分析，得到无刷励磁机的轴电压的各次谐波幅值，当故障特征谐波幅值超过设定的故障阈值时，判定旋转整流器二极管出现开路故障，否则判定旋转整流器二极管正常。
2.根据权利要求1所述的内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法，其特征在于：所述电压信号采集器为碳刷或刷辫。
3.根据权利要求2所述的内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法，其特征在于：确定旋转整流器二极管开路故障后的气隙磁通密度表达式；
旋转二极管故障时电枢磁势增量表示为，
Figure FDA0003257054220000011
函数Sign(x)定义如下：当x>0，Sign(x)＝1；当x＝0，Sign(x)＝0；当x<0，Sign(x)＝-1；
旋转二极管故障时电枢磁势增量产生的磁通密度可以表示为，
Ba(θs)＝λ(θs)·ΔFa(θs)
列出电枢磁势故障磁势增量对应的磁通密度典型项，
常数项，
Figure FDA0003257054220000012
该项磁通是以正弦规律分布的旋转磁场，其幅值与电枢磁势的幅值成正比，在一个360°周期内，磁势增量仅出现120°，不会在转轴两端感应产生轴电压；
凸极项，
Figure FDA0003257054220000021
由于磁导中仅含有偶数次谐波，当u≠2iP时，这时产生的磁通在励磁机定子圆周方向按正弦规律分布，为旋转磁场，且在一个周期360°内，该磁通仅出现120°；当u＝2iP时，经过积化和差后，
Figure FDA0003257054220000022
4.根据权利要求3所述的内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法，其特征在于：无刷励磁机旋转整流器二极管开路故障后的轴电压特征频率为nPωr/2πHz，其中n＝1，2，3···，P为无刷励磁机的极对数，ωr为转子旋转的机械角速度。
5.根据权利要求4所述的内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法，其特征在于：故障判定阈值设定为，
Figure FDA0003257054220000023
其中，A、B、C、D、E分别为旋转整流器二极管正常状态下Pωr/2πHz、2Pωr/2πHz、3Pωr/2πHz、4Pωr/2πHz和5Pωr/2πHz谐波幅值，ΔA、ΔB、ΔC、ΔD、ΔE分别表示旋转整流器二极管故障后Pωr/2πHz、2Pωr/2πHz、3Pωr/2πHz、4Pωr/2πHz和5Pωr/2πHz谐波幅值的变化量。
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