旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路，該監(jiān)測電路的信號取自于交流勵磁機(jī)勵磁回路中的取樣電阻，從取樣電阻上取出的信號分為兩路，一路用于檢測信號中的諧波含量，一路用于檢測勵磁電流的大小。有益效果是該監(jiān)測電路可以通過兩種途徑監(jiān)測旋轉(zhuǎn)整流器的故障，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)整流器故障的在線監(jiān)測，并增加了故障檢測的可靠性，降低了成本；該電路同時還可以監(jiān)測勵磁電流的異常增大，具有一個電路實(shí)現(xiàn)兩種故障監(jiān)測功能的優(yōu)點(diǎn)，極大地簡化了發(fā)電機(jī)故障監(jiān)測技術(shù)，提高了故障監(jiān)控的可靠性和實(shí)用性。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無刷交流發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及一種旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷交流發(fā)電機(jī)采用一臺旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)、安裝于轉(zhuǎn)子上的整流器和一臺旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)，共同構(gòu)建成一臺無電刷的發(fā)電機(jī)，由于省去了電刷和滑環(huán)，極大地提高了發(fā)電機(jī)的可靠性。旋轉(zhuǎn)整流器是實(shí)現(xiàn)無刷的關(guān)鍵部件，也是發(fā)電機(jī)中唯一的半導(dǎo)體器件。由于整流器工作在高轉(zhuǎn)速和較高溫度狀態(tài)下，受到離心力、熱應(yīng)力等的影響，因此其故障率較高。當(dāng)整流二極管發(fā)生短路或開路故障時，直接影響著交流勵磁機(jī)和主發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。因此如何快速、準(zhǔn)確地判定出旋轉(zhuǎn)整流器的故障，并及時準(zhǔn)確地采取保護(hù)措施，是保證發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的必要舉措。此外，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生過載、過流或短路故障時，在調(diào)壓器的作用下，發(fā)電機(jī)的勵磁電流會明顯增大。因此，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中隨時監(jiān)控勵磁電流的大小，是進(jìn)行過載、過流及短路保護(hù)的一種后備手段，是一種余度控制策略。
[0003]由于旋轉(zhuǎn)整流器位置的特殊性，無刷交流發(fā)電機(jī)中旋轉(zhuǎn)整流器的故障監(jiān)測一直是一個技術(shù)難題，目前已經(jīng)研究出的多種故障診斷方法，都采用了諧波頻譜分析方法或人工智能算法，這些故障診斷方法都需要編制復(fù)雜的軟件進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析和運(yùn)算，在一定程度上增加了發(fā)電機(jī)控制器軟、硬件的復(fù)雜程度，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。因此有必要設(shè)計(jì)一種簡單可靠、低成本和多功能的故障監(jiān)測電路來監(jiān)控旋轉(zhuǎn)整流器的故障和勵磁電路的故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路，以解決目前旋轉(zhuǎn)整流器故障診斷方法太過復(fù)雜及成本高的不足。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路，該監(jiān)測電路的取樣電阻連接于無刷交流發(fā)電機(jī)之中，該無刷交流發(fā)電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)電樞式交流勵磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器和旋轉(zhuǎn)磁極式主發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)整流器用于將勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞繞組上發(fā)出的三相交流電整流成直流電，供給主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁繞組；其中:所述監(jiān)測電路分為兩條支路，一條支路為監(jiān)測勵磁電流中的諧波含量的電路分支，另一條支路為監(jiān)測勵磁電流大小的電路分支；
[0006]所述監(jiān)測諧波含量的電路分支包括有隔直電路、線性放大電路、整流濾波電路和比較器，所述阻容隔直電路的輸出端接到線性放大器的輸入端，線性放大器的輸出端接到整流濾波電路的輸入端，整流濾波電路的輸出端接到比較器的輸入端；
[0007]所述監(jiān)測勵磁電流大小的電路分支包括有源低通濾波放大電路、比較器，所述低通濾波放大電路的輸出端接到比較器的輸入端；
[0008]所述監(jiān)測電路設(shè)置在無刷交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)控制器里，共享發(fā)電機(jī)控制器的工作電源；所述兩條支路接在差分放大器的輸出端，差分放大器的輸入端分別連接取樣電阻的兩端，所述取樣電阻串聯(lián)在交流勵磁機(jī)的勵磁電路中，取樣電阻的電壓信號大小和波形與交流勵磁機(jī)勵磁電流完全一致。
[0009]本發(fā)明的效果是該旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路無須采用復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，僅通過采集勵磁機(jī)的勵磁電流信號，并通過簡單的電子電路就可以實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)整流器故障的雙余度監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)整流器和勵磁電路故障的在線監(jiān)測。同時還可以監(jiān)測勵磁電流的異常增大，具有一個電路實(shí)現(xiàn)兩種功能的優(yōu)點(diǎn)，極大地簡化了發(fā)電機(jī)故障監(jiān)測技術(shù)，提高了故障監(jiān)控的可靠性和實(shí)用性。與其他旋轉(zhuǎn)整流器故障監(jiān)測技術(shù)相比，該電路的硬件成本可以減少90%以上，且無須編制復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理軟件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的監(jiān)測電路結(jié)構(gòu)方框圖。
[0011]圖中:
[0012]1、串聯(lián)在勵磁機(jī)勵磁電路中的取樣電阻2、差動放大器
[0013]3、隔直電路4、線性放大電路5、整流濾波電路6、比較器
[0014]7、有源低通濾波及放大電路8、比較器9、發(fā)電機(jī)控制器
[0015]100、監(jiān)測諧波含量的電路分支200、監(jiān)測勵磁電流大小的電路分支
【具體實(shí)施方式】
[0016]結(jié)合附圖對本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路的結(jié)構(gòu)加以說明。
[0017]本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路，該監(jiān)測電路的取樣電阻連接于無刷交流發(fā)電機(jī)之中，該無刷交流發(fā)電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)電樞式交流勵磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器和旋轉(zhuǎn)磁極式主發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)整流器用于將勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞繞組上發(fā)出的三相交流電整流成直流電，供給主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁繞組；
[0018]其特征是:所述監(jiān)測電路分為兩條支路，一條支路為監(jiān)測勵磁電流中的諧波含量的電路分支100，另一條支路為監(jiān)測勵磁電流大小的電路分支200 ；
[0019]所述監(jiān)測諧波含量的電路分支100包括有隔直電路3、線性放大電路4、整流濾波電路5和比較器6，所述阻容隔直電路3的輸出端接到線性放大器4的輸入端，線性放大器4的輸出端接到整流濾波電路5的輸入端，整流濾波電路5的輸出端接到比較器6的輸入端;
[0020]所述監(jiān)測勵磁電流大小的電路分支200包括有源低通濾波放大電路7、比較器8，所述低通濾波放大電路7的輸出端接到比較器8的輸入端；
[0021]所述監(jiān)測電路設(shè)置在無刷交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)控制器9里，共享發(fā)電機(jī)控制器9的工作電源；所述兩條支路接在差分放大器2的輸出端，差分放大器2的輸入端分別接取樣電阻I的兩端，所述取樣電阻I串聯(lián)在交流勵磁機(jī)的勵磁電路中，取樣電阻I的電壓信號大小和波形與交流勵磁機(jī)勵磁電流完全一致。
[0022]所述無刷交流發(fā)電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)整流器為三相半波整流器或三相全波整流器。
[0023]從取樣電阻I上取出的電壓信號包含了兩個信息:一是勵磁機(jī)勵磁電流的大小，二是勵磁電流中諧波含量的大小。其諧波含量來自于交流勵磁機(jī)特有的諧波電樞反應(yīng)現(xiàn)象。從取樣電阻I上得到的微弱電信號送入到差分放大器2，該放大器的輸出信號分為兩路，一路信號送入到監(jiān)測諧波含量的電路分支100，在該條支路中，信號經(jīng)過阻容隔直電路3隔直后輸入到線性放大器4，經(jīng)過放大器4放大后的信號輸入到整流濾波電路5中，經(jīng)過整流濾波電路5后的信號輸入到比較器6中，比較器6的輸出信號送入到下一級控制電路中。
[0024]從差分放大器2輸出的信號同時送入到另一條分支200，在該條支路中，信號經(jīng)過有源低通濾波放大電路7處理后，輸入到比較器8中，比較器8的輸出信號送入到下一級控制電路中。
[0025]由于交流勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞繞組的負(fù)載是整流二極管，其單向?qū)щ娦允沟脛畲艡C(jī)的電樞電流不再是正弦波，而是非正弦交流電。通過傅里葉級數(shù)分解，可以將非正弦的電樞電流分解為基波和各次諧波分量。電樞諧波電流分量的存在將會在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生相應(yīng)的諧波磁勢，這些諧波磁勢在電機(jī)氣隙中形成的旋轉(zhuǎn)磁場會在交流勵磁機(jī)定子勵磁繞組中產(chǎn)生諧波電動勢，這種現(xiàn)象稱為諧波電樞反應(yīng)。通過分析可知，當(dāng)三相全波旋轉(zhuǎn)整流器工作正常時，勵磁機(jī)勵磁電流中只含有6K次諧波分量，且諧波幅值較?。欢?dāng)旋轉(zhuǎn)整流器故障時，勵磁機(jī)勵磁電流中含有幅值較大的I次、2次諧波分量。因此通過諧波含量的幅值大小就可以判定出旋轉(zhuǎn)整流器有無故障。
[0026]根據(jù)交流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)特性可知，當(dāng)主發(fā)電機(jī)負(fù)載的功率因數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時，發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流與勵磁電流之間有較為固定的數(shù)值關(guān)系。當(dāng)旋轉(zhuǎn)整流器發(fā)生短路或開路故障時，其整流輸出電壓將下降，主發(fā)電機(jī)輸出電壓也隨之下降，在發(fā)電機(jī)調(diào)壓器的作用下，勵磁機(jī)的勵磁電流會比正常時有所增大。因此，當(dāng)主發(fā)電機(jī)負(fù)載的大小和功率因數(shù)不變時，勵磁電流的異常增大表明發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)有故障發(fā)生。所以通過監(jiān)測勵磁機(jī)勵磁電流的大小，也可以間接地判斷出旋轉(zhuǎn)整流器的故障。所以本電路具有雙余度監(jiān)測功能，可以極大地提高旋轉(zhuǎn)整流器故障監(jiān)測的可靠性。
[0027]此外，當(dāng)主發(fā)電機(jī)輸出端發(fā)生過載、過流或短路故障時，發(fā)電機(jī)端電壓將下降，在發(fā)電機(jī)調(diào)壓器的作用下，勵磁機(jī)的勵磁電流也將異常增大，因此通過同時監(jiān)測勵磁機(jī)勵磁電流的大小和主發(fā)電機(jī)負(fù)載電流的大小，也可以間接判斷出發(fā)電機(jī)是否發(fā)生過載、過流或短路故障。因此該監(jiān)測電路也可以作為發(fā)電機(jī)過載、過流和短路故障的后備保護(hù)，是一種余度控制策略。
[0028]由此可見，該監(jiān)測電路具有兩個功能:同時監(jiān)測旋轉(zhuǎn)整流器故障和發(fā)電機(jī)勵磁異常增大的故障，且旋轉(zhuǎn)整流器故障由兩路信號同時監(jiān)測，具有雙余度監(jiān)控策略。
[0029]如圖1所示，來自于勵磁電路中的取樣電阻I的信號首先送入到差分放大器2中進(jìn)行放大，放大后的信號分別送入到兩條分支電路。一條監(jiān)測諧波含量的電路分支100由隔直電路3、線性放大電路4、整流濾波電路5及比較器6組成，用于監(jiān)測勵磁機(jī)勵磁電流中的諧波含量；另一條監(jiān)測勵磁電流大小的電路分支200由有源低通濾波及放大電路7和比較器8組成，用于監(jiān)測勵磁機(jī)勵磁電流的大小。
[0030]如圖1所示，來自于勵磁電流取樣電阻I上的微弱電信號輸入到差分放大器2中進(jìn)行放大，該放大器可以抑制共模干擾信號；放大后的信號分為兩路:一路信號送入到監(jiān)測諧波含量的電路分支100，經(jīng)過放大的勵磁電流取樣信號經(jīng)過阻容隔直電路3，將取樣信號中的直流分量隔斷，交流諧波分量輸入到線性放大器4中進(jìn)行放大，放大后的交流信號經(jīng)過整流濾波電路5后，其輸出的直流信號大小反映了諧波含量的大小，而該諧波含量的大小又能反映旋轉(zhuǎn)整流器的工作狀態(tài)。整流濾波后的直流信號送入到比較器6，當(dāng)旋轉(zhuǎn)整流器工作正常時，勵磁電路中的諧波含量幅值很小，經(jīng)過隔直處理后的交流信號也很小，經(jīng)過整流濾波處理后的直流電壓小于比較器6同相端的參考電壓，因此比較器6輸出高電平，表示旋轉(zhuǎn)整流器工作正常；當(dāng)旋轉(zhuǎn)整流器故障時，勵磁電流中含有幅值較大的諧波含量，經(jīng)過隔直、放大、整流濾波后的電壓信號大于比較器6同相端的參考電壓,使比較器6輸出低電平，表示旋轉(zhuǎn)整流器有故障。
[0031]經(jīng)過差分放大器2放大后的勵磁電流信號送入到另一條監(jiān)測勵磁電流大小的電路分支200中，該信號中包含兩個分量:勵磁電流的大小和諧波含量的大小。該信號經(jīng)過有源低通濾波及放大電路7，將其中的諧波含量濾除后，輸出的直流分量反映勵磁機(jī)勵磁電流的平均值，該直流量送入到比較器8中。當(dāng)旋轉(zhuǎn)整流器工作正常時，勵磁機(jī)的勵磁電流大小也在設(shè)定范圍之內(nèi)，比較器8輸出高電平；當(dāng)旋轉(zhuǎn)整流器故障時，主發(fā)電機(jī)輸出端電壓下降，在發(fā)電機(jī)調(diào)壓器的作用下，勵磁機(jī)的勵磁電流將大于正常情況下的值，比較器8輸出低電平，表示旋轉(zhuǎn)整流器有故障?？梢?，旋轉(zhuǎn)整流器有故障時，本監(jiān)測電路輸出兩路故障信號，即該電路具有雙余度監(jiān)測功能。
[0032]此外，當(dāng)主發(fā)電機(jī)沒有發(fā)生過載、過流及短路故障時，在一定負(fù)載條件下，勵磁機(jī)的勵磁電流也在設(shè)定范圍之內(nèi)，比較器8輸出高電平；當(dāng)主發(fā)電機(jī)輸出端發(fā)生過載、過流及短路故障時，主發(fā)電機(jī)輸出電壓將下降，在發(fā)電機(jī)調(diào)壓器的作用下，勵磁機(jī)的勵磁電流將異常增大，這時比較器8輸出低電平，表明發(fā)電機(jī)發(fā)生故障。這也是對發(fā)電機(jī)過載、過流和短路故障的一種后備保護(hù)策略，是一種余度控制策略，可以極大地提高故障保護(hù)的可靠性，是飛機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常采用的一種控制策略。
[0033]本發(fā)明所提供的旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，無須增加額外的諧波分析儀等復(fù)雜電路和數(shù)據(jù)處理軟件，僅通過簡單的電子電路，就可以同時檢測出旋轉(zhuǎn)整流器故障和勵磁電路故障，一個電路提供了兩種功能，一種故障具有兩種監(jiān)測方案，因此具有較大的實(shí)用價值。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路，該監(jiān)測電路連接于無刷交流發(fā)電機(jī)之中，該無刷交流發(fā)電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)電樞式交流勵磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器和旋轉(zhuǎn)磁極式主發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)整流器用于將勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞繞組上發(fā)出的三相交流電整流成直流電，供給主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁繞組； 其特征是:所述監(jiān)測電路分為兩條支路，一條支路為監(jiān)測勵磁電流中的諧波含量的電路分支(100 )，另一條支路為監(jiān)測勵磁電流大小的電路分支(200 ); 所述監(jiān)測諧波含量的電路分支(100)包括有隔直電路(3)、線性放大電路(4)、整流濾波電路(5)和比較器(6)，所述阻容隔直電路(3)的輸出端接到線性放大器(4)的輸入端，線性放大器(4)的輸出端接到整流濾波電路(5)的輸入端，整流濾波電路(5)的輸出端接到比較器(6)的輸入端； 所述監(jiān)測勵磁電流大小的電路分支(200)包括有源低通濾波放大電路(7)、比較器(8)，所述低通濾波放大電路(7)的輸出端接到比較器(8)的輸入端； 所述監(jiān)測電路設(shè)置在無刷交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)控制器(9)里，共享發(fā)電機(jī)控制器(9)的工作電源；所述兩條支路接在差分放大器(2)的輸出端，差分放大器(2)的輸入端分別連接取樣電阻(I)的兩端，所述取樣電阻(I)串聯(lián)在交流勵磁機(jī)的勵磁電路中，取樣電阻(I)的電壓信號大小和波形與交流勵磁機(jī)勵磁電流完全一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)整流器及勵磁電路故障雙功能和雙余度監(jiān)測電路，其特征是:所述無刷交流發(fā)電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)整流器為三相半波整流器或三相全波整流器。
【文檔編號】G01R31/00GK103852669SQ201410102698
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】劉建英, 董慧芬 申請人:中國民航大學(xué)