一種四相電勵磁雙凸極電機及其開路故障診斷方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種四相電勵磁雙凸極電機及其開路故障診斷方法，屬于電機故障診 斷技術領域。
【背景技術】
[0002] 雙凸極電機是一種由位置傳感器、電力電子功率變換器、永磁或電磁勵磁單元、控 制器和凸極定轉子結構的電機本體組成的新式電機。作為一種新型的變磁阻電機，其磁阻 最大值和最小值比值大，有更好的機電能量轉換特性，在各行各業具有較好的應用前景。四 相電勵磁雙凸極電機具有四相繞組，在發生單相故障后其余各相依然可以工作，因此非常 適合作為容錯電機，在高可靠性應用場合應用。
[0003] 準確并及時的診斷技術是容錯電機實現容錯功能的前提。《中國電機工程學報》 2009年第33期論文《雙凸極電機全橋變換器單管開路故障在線診斷》提出了一種利用中性 點電壓在故障前后的變化特征進行故障診斷的方法，并開展了實驗驗證。但是該方法僅能 用于三相電機的單管開路故障的診斷研宄。國內外也有學者提出采用基于模型的模糊控制 和遺傳算法針對特定電機驅動系統下正常與故障運行狀態進行特征量提取，實現電機故障 診斷，此方法實現相對困難和復雜，而且難以實現故障實時診斷。
【發明內容】
[0004] 所要解決的技術問題：
[0005]本發明公開的一種四相電勵磁雙凸極電機及其開路故障診斷方法，僅對設置的故 障檢測電阻的電壓進行采樣并提取故障特征，適用于四相四相電勵磁雙凸極電機的單相開 路和單管開路故障診斷。
[0006] 技術方案：
[0007] 為了實現以上功能，本發明提供了一種四相電勵磁雙凸極電機，其特征在于：該電 機包括A相繞組、B相繞組、C相繞組、D相繞組、四相全橋變換器和檢測電阻（R);電機的四 相繞組按照相位的不同分為兩個通道，兩個通道的中點連接有檢測電阻（R);所述電機還 設有控制器，所述控制器對檢測電阻的電壓進行采樣并提取故障特征，以診斷出發生的故 障類型；
[0008] 所述電機的四相繞組按照相位的不同分為兩個通道，具體指A相繞組和C相繞組 反向串聯后分別接在A相上管Q1與A相下管Q2的中點和C相上管Q5與C相下管Q6的中 點，組成一個通道；B相繞組和D相繞組反向串聯后分別接在B相上管Q3與B相下管Q4的 中點和D相上管Q7與D相下管Q8的中點，組成另一個通道。
[0009] 一種四相電勵磁雙凸極電機開路故障診斷方法，其特征在于：該診斷方法具體步 驟如下：針對權上述四相電勵磁雙凸極電機，該診斷方法具體步驟如下：
[0010] 設A相繞組與勵磁繞組的互感開始上升時的電角度為0°，電角度為（0°，180° ] 時，給D相通以正電流，給B相通以負電流；
[0011] 電角度為（180°，360° ]范圍內，給B相通以正電流，給D相通以負電流；
[0012] 電角度為（90°，270° ]范圍內，給A相通以正電流，給C相通以負電流；
[0013] 電角度為（0°，90° ]和（270°，360° ]范圍內，給C相通以正電流，給A相通以 負電流；
[0014] 在上述通電邏輯的基礎上，對檢測電阻的電壓進行采樣并提取故障特征，以診斷 出發生的故障類型。
[0015] 進一步的，對檢測電阻的電壓進行采樣并提取故障特征，以診斷出發生的故障類 型具體指：該診斷方法在判斷單相開路故障時采用以下判斷邏輯：
[0016]若在電角度為（0°，180° ]時檢測電阻的電壓始終為負值，且在（180°，360° ] 時檢測電阻的電壓始終為正值，則發生了A相開路故障；
[0017]若在（0°，180° ]時檢測電阻的電壓始終為正值，且在（180° ,360° ]時檢測 電阻的電壓始終為負值，則發生了C相開路故障；
[0018] 若在（90 ° ，270 ° ]時檢測電阻的電壓始終為負值，且在 (0°，90°]U(270° ,360° ]時檢測電阻的電壓始終為正值，則發生了B相開路故障；
[0019]若在（90 ° ，270 ° ]時檢測電阻的電壓始終為正值，且在 (0°，90°]U(270° ,360° ]時檢測電阻的電壓始終為負值，則發生了D相開路故障。
[0020] 進一步的，對檢測電阻的電壓進行采樣并提取故障特征，以診斷出發生的故障類 型具體指：該診斷方法在判斷單管開路故障時采用以下判斷邏輯：
[0021]若在（0°，180° ]時檢測電阻的電壓始終為負值，且在（180° ,360° ]時檢測 電阻的電壓并非始終為正值，則發生了A相上管（Q1)開路故障；
[0022] 若在（0°，180° ]時檢測電阻的電壓始并非終為負值，且在（180° ,360° ]時 檢測電阻的電壓始終為正值，則發生了A相下管（Q2)開路故障；
[0023]若在（90 ° ，270 ° ]時檢測電阻的電壓始終為負值，且在 (0°，90°]U(270° ,360° ]時檢測電阻的電壓始并非終為正值，則發生了B相上管 (Q3)開路故障；
[0024] 若在（90 °，270 ° ]時檢測電阻的電壓并非始終為負值，且在 (0°，90° ]U(270° ,360° ]時檢測電阻的電壓始終為正值，則發生了B相下管（Q4) 開路故障；
[0025] 若在（0°，180° ]時檢測電阻的電壓始終為正值，且在（180° ,360° ]時檢測 電阻的電壓并非始終為負值，則發生了C相上管（Q5)開路故障；
[0026]若在（0°，180° ]時檢測電阻的電壓始并非終為正值，且在（180° ,360° ]時 檢測電阻的電壓始終為負值，則發生了C相下管（Q6)開路故障；
[0027]若在（90 °，270 ° ]時檢測電阻的電壓并非始終為正值，且在 (0°，90°]U(270° ,360° ]時檢測電阻的電壓始終為負值，則發生了D相上管（Q7)開 路故障；
[0028]若在（90 °，270 ° ]時檢測電阻的電壓始終為正值，且在 (0°，90°]U(270° ,360° ]時檢測電阻的電壓并非始終為負值，則發生了D相下管 (Q8)開路故障。
[0029]有益效果：
[0030] 本發明公開的電勵磁雙凸極電機勵磁故障容錯發電控制方法，僅對設置的故障檢 測電阻的電壓進行采樣并提取故障特征，既可以診斷出單管開路故障，又可以診斷出單相 開路故障；控制器算法簡單，不需要復雜的運算。
【附圖說明】
[0031] 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明：
[0032] 圖1是本發明四相電勵磁雙凸極電機開路故障診斷方法原理圖；
[0033] 圖2是四相電勵磁雙凸極電機標準角度控制電流圖；
[0034] 圖3是本發明四相電勵磁雙凸極電機正常狀態下的檢測電阻電壓圖；
[0035] 圖4是本發明四相電勵磁雙凸極電機A相開路時檢測電阻電壓圖；
[0036] 圖5是本發明四相電勵磁雙凸極電機B相開路時檢測電阻電壓圖；
[0037] 圖6是本發明四相電勵磁雙凸極電機C相開路時檢測電阻電壓圖；
[0038] 圖7是本發明四相電勵磁雙凸極電機A相上管Q1開路時檢測電阻電壓圖；
[0039] 圖8是本發明四相電勵磁雙凸極電機A相下管Q2開路時檢測電阻電壓圖；
[0040] 圖9是本發明四相電勵磁雙凸極電機D相下管Q8開路時檢測電阻電壓圖。
【具體實施方式】
[0041] 本發明提供一種四相電勵磁雙凸極電機及其開路故障診斷方法，為使本發明的目 的，技術方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發明進一步詳細說明。應 當理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0042] 圖1是本發明四相電勵磁雙凸極電機開路故障診斷方法原理圖。該電機包括A相 繞組、B相繞組、C相繞組、D相繞組、四相全橋變換器和檢測電阻R。所述四相全橋變換器包 括A相上管Q1、下管Q2,B相上管Q3、下管Q4,C相上管Q5、下管Q6,D相上管Q7、下管Q8， 各開關管分別反向并聯一個二極管。
[0043] 其中A相繞組和C相繞組反向串聯后分別接在A相上管Q1與A相下管Q2的中點 和C相上管Q5與C相下管Q6的中點，組成一個通道；B相繞組和D相繞組反向串聯后分別 接在B相上管Q3與B相下管Q4的中點和D相上管Q7與D相下管Q8的中點，組成另一個 通道。檢測電阻R分別接在A相繞組與C相繞組的中點和B相繞組與D相繞組的中點。控 制器對檢測電阻的電壓進行采樣并提取故障特征，以診斷出發生的故障類型。
[0044]圖2是四相電勵磁雙凸極電機標準角度控制電流圖。假設A相繞組與勵磁繞組的 互感開始上升時的電角度為0。在電角度為（0°，180° ]范圍內，給D相通以正電流，給 B相通以負電流；在電角度為（180°，360° ]范圍內