[發明專利]一種三相無刷勵磁機旋轉整流器二極管開路故障檢測方法

有效

• 申請號: 202110593102.9
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113311307B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 武玉才;龐永林;王澤霖;馬在棟;孫淑瓊
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01R31/54
• 代理公司: 北京和聯順知識產權代理有限公司 11621
• 代理人: 王海波

1.一種三相無刷勵磁機旋轉整流器二極管開路故障檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

A、在勵磁機兩端軸的水平方向和垂直方向分別安裝振動傳感器，通過數據采集分析系統接收振動傳感器輸出端信號；

B、確定旋轉整流器二極管開路故障后的氣隙磁通密度表達式；

C、確定旋轉整流器二極管開路故障引起的轉子受力及振動特征頻率；

D、確定轉子振動特征諧波幅值的故障閾值；

E、若轉子振動特征諧波幅值大于故障閾值，則判定旋轉整流器二極管存在開路故障，否則判定旋轉整流器二極管正常；

步驟B中，

旋轉二極管正常時，勵磁機的氣隙磁勢由勵磁磁勢和電樞磁勢合成，得到勵磁磁勢在轉子坐標系中的傅里葉級數表達式：

設勵磁機正常運行時電樞繞組導通后電流保持不變，任意時刻電樞繞組只有兩相導通，則電樞磁勢在轉子坐標系中的傅里葉級數表達式為：

根據式(1)和式(2)可得二極管正常時勵磁機氣隙磁勢為：

電樞磁勢增量ΔF在轉子坐標系中的傅里葉級數表達式：

將上式中的θ_r′用θ_r+θ₀代替，使式(4)與式(3)位于同一坐標系中，經坐標轉換后的ΔF(θ_r′)的函數表達式為：

將二極管故障后勵磁機的氣隙磁勢等效為二極管正常時的氣隙磁勢與二極管故障后產生的電樞增量磁勢之和，則二極管故障后勵磁機氣隙磁勢為：

F_δ(θ_r)＝F_flcosP(θ_r+γ)+F_a1cosP(θ_r-α)+ΔF_mcosm(θ_r+θ₀)????(6)，

氣隙磁導λ_δ(θ_r)表示為：

二極管故障后勵磁機氣隙磁通密度為：

二極管故障后轉子不平衡磁拉力在轉子坐標系下的x軸分量和y軸分量為：

由上式可得，只有當m＝P-1、P+1、3P-1、3P+1、5P-1和5P+1時F_x和F_y不等于零，即當二極管故障后只有電樞磁勢增量的P-1、P+1、3P-1、3P+1、5P-1、5P+1次諧波會在轉子上產生不平衡磁拉力；將m＝P-1、P+1、3P-1、3P+1、5P-1和5P+1帶入上面兩式中，得到轉子不平衡磁拉力的x軸分量和y軸分量分別為：

由上式可知，改變轉子振動狀態的電樞增量磁勢諧波次數為P-1、P+1、3P-1、3P+1、5P-1、5P+1，P為無刷勵磁機的極對數；

其中符號清單：P、無刷勵磁機的極對數；η、纏繞在單個磁極上的線圈的距離角；ω_r、電樞旋轉的機械角速度；γ、定、轉子軸線的夾角；θ_r、轉子空間機械角度；θ_s、定子空間機械角度；N_f、每極勵磁繞組匝數；I_f、勵磁機勵磁電流；N_a、電樞每槽繞組總匝數；I_a、相電流有效值；α、電樞槽間角(機械角度)；λ₀、氣隙磁導的常數項；λ_2n、氣隙磁導的各次諧波幅值；F_f1、勵磁磁勢基波幅值；F_a1、電樞磁勢基波幅值；B_n(θ_r)、徑向磁通密度；B_t(θ_r)、切向磁通密度；μ₀、真空磁導率；R、轉子外徑；L、轉子軸向有效長度；σ、不平衡磁拉力的方向；θ₀、式(5)與式(4)所在坐標系的縱軸相差的位置角；ΔF_m、電樞磁勢增量的m次諧波幅值，其中m分別等于1，2，3，…；

步驟C中，旋轉整流器二極管開路故障后的故障特征頻率為ω_r/2π、(P±1)ω_r/2π、(2P±1)ω_r/2π、(3P±1)ω_r/2π，其中，ω_r為轉子的機械角速度，ω_r的單位為rad/s；

步驟D中，故障判定閾值設定為：

其中，A、B、C、D分別為旋轉整流器二極管正常狀態下ω_r/2πHz、(P±1)ω_r/2πHz、(2P±1)ω_r/2πHz和(3P±1)ω_r/2πHz諧波振動幅值，ΔA、ΔB、ΔC、ΔD分別表示旋轉整流器二極管故障后ω_r/2πHz、(P±1)ω_r/2πHz、(2P±1)ω_r/2πHz和(3P±1)ω_r/2πHz諧波振動幅值的增量，當增量為零或為負值時，將其視為零。