[发明专利]一种交流无刷发电机故障诊断仪

摘要

一种交流无刷发电机故障诊断仪，属于发电机状态监测与故障诊断设备，解决现有发电机故障诊断装置无法对发电机早期电气故障进行统一监测和集中诊断的问题。本发明包括传感器组、信号调理电路、采样电路、数据处理器和人机交互单元，传感器组由三个电压传感器和四个电流传感器构成，数据处理器加载定子绕组匝间短路模块、转子绕组匝间短路模块、励磁机故障诊断模块和旋转整流器故障诊断模块，进行故障检测与识别处理，再由人机交互单元输出结果。本发明适用于狭小空间的船舶发电机，不必在发电机内安装多种侵入式传感器；可自动计算判断相应的各种电气故障，实时性好，能够满足在线检测的要求，对于不同型号发电机具有通用性。

主权项

1.一种交流无刷发电机故障诊断仪，包括传感器组、信号调理电路、采样电路、数据处理器和人机交互单元，用户通过人机交互单元向数据处理器输入采样电路参数和发电机参数，数据处理器根据采样电路参数控制采样电路采集数据，所述传感器组由三个电压传感器和四个电流传感器构成，各电压传感器及各电流传感器的输出信号分别送到信号调理电路进行滤波、稳压、调幅后，由采样电路转换为数字信号，送到数据处理器进行故障检测与识别处理，再由人机交互单元输出结果，将其特征在于：所述三个电压传感器中，第一、第二、第三电压传感器分别测量发电机A相、B相、C相电枢相电压；所述四个电流传感器中，第一、第二、第三电流传感器分别测量发电机A相、B相、C相电枢相电流；第四电流传感器测量励磁机励磁电流；所述数据处理器加载定子绕组匝间短路诊断模块、转子绕组匝间短路诊断模块、励磁机故障诊断模块和旋转整流器故障诊断模块；(1)所述定子绕组匝间短路诊断模块，进行下述操作：(1.1)计算发电机电枢电压的基次谐波频率f₁：f₁＝P×N/60，式中，P为发电机的转子极对数，N为发电机额定转速；(1.2)每隔5秒，对采样电路输出的励磁机励磁电流数字信号进行快速傅里叶变换，提取励磁机励磁电流直流分量幅值I_DC，分别提取频率为2f₁、4f₁、6f₁的励磁机励磁电流谐波幅值分别计算励磁机励磁电流二次谐波、四次谐波和六次谐波相对值和(1.3)判断是否α(n+1)/α(n)＞300％，是则进行步骤(1.4)，否则人机交互单元不显示；式中，α(n)表示前5秒间隔的α值，α(n+1)表示后5秒间隔的α值；(1.4)判断是否β(n+1)/β(n)≤175％且δ(n+1)/δ(n)≤175％，是则为发电机不对称运行导致的谐波成分变化，人机交互单元不显示；否则通过人机交互单元显示定子绕组匝间短路；式中，β(n)、δ(n)分别表示前5秒间隔的β、δ值，β(n+1)、δ(n+1)分别表示后5秒间隔的β、δ值；(2)所述转子绕组匝间短路诊断模块，进行下述操作：(2.1)计算转子绕组匝间短路时励磁机励磁电流频谱中的故障基次谐波频率f₂：f₂＝N×M/60，式中，N为发电机额定转速，M为发电机定子每相绕组的并联支路数；(2.2)每隔5秒，对采样电路输出的励磁机励磁电流数字信号进行快速傅里叶变换，提取励磁机励磁电流直流分量幅值I_DC，分别提取频率为kf₂的励磁机励磁电流谐波幅值k＝1、2...7、8；(2.3)判断的励磁机励磁电流谐波幅值个数是否大于2个，是则进行步骤(2.4)，否则人机交互单元不显示，式中，表示前5秒间隔的值，表示后5秒间隔的值；(2.4)取比值最大的励磁机励磁电流谐波幅值计算发电机转子绕组匝间短路特征值j∈〔1、2...7、8〕；(2.5)判断是否ε(n+2)/ε(n+1)＞120％，是则通过人机交互单元显示转子绕组匝间短路，否则转子绕组匝间短路特征不明显，人机交互单元不显示，式中，ε(n+1)表示后5秒间隔的ε值，ε(n+2)表示更后5秒间隔的ε值；(3)所述励磁机转子绕组短路诊断模块，进行下述操作：(3.1)计算励磁机电枢电压的基次谐波频率f₃：f₃＝P₁×N/60，式中，P₁为励磁机的转子极对数，N为发电机额定转速；(3.2)每隔5秒，对采样电路输出的励磁机励磁电流数字信号进行快速傅里叶变换，提取励磁机励磁电流直流分量幅值I_DC，提取频率为2f₃的励磁机励磁电流谐波幅值计算励磁机转子绕组短路特征值(3.3)判断是否γ(n+1)/γ(n)＜150％，是则励磁机转子绕组没有发生短路，人机交互界面不显示；否则判断是否150％＜γ(n+1)/γ(n)＜300％，是则通过人机交互单元显示励磁机转子绕组匝间短路；否则通过人机交互单元显示励磁机转子绕组相间短路；式中，γ(n)表示前5秒间隔的γ值，γ(n+1)表示后5秒间隔的γ值；(4)所述旋转整流器二极管故障诊断模块，进行下述操作：(4.1)计算励磁机电枢电压的基次谐波频率f₃：f₃＝P₁×N/60，式中，P₁为励磁机的转子极对数，N为发电机额定转速；(4.2)每隔5秒，对采样电路输出的励磁机励磁电流数字信号进行快速傅里叶变换，提取励磁机励磁电流直流分量幅值I_DC，提取频率为f₃的励磁机励磁电流谐波幅值计算旋转整流器二极管故障特征值(4.3)判断是否λ＜10％，是则旋转整流器正常，人机交互界面不显示；否则判断是否10％＜λ＜55％，是则通过人机交互单元显示旋转整流器1个二极管开路；否则通过人机交互单元显示旋转整流器1个二极管短路。