一种四相电励磁双凸极电机及其开路故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种四相电励磁双凸极电机及其开路故障诊断方法，属于电机故障诊 断技术领域。
【背景技术】
[0002] 双凸极电机是一种由位置传感器、电力电子功率变换器、永磁或电磁励磁单元、控 制器和凸极定转子结构的电机本体组成的新式电机。作为一种新型的变磁阻电机，其磁阻 最大值和最小值比值大，有更好的机电能量转换特性，在各行各业具有较好的应用前景。四 相电励磁双凸极电机具有四相绕组，在发生单相故障后其余各相依然可以工作，因此非常 适合作为容错电机，在高可靠性应用场合应用。
[0003] 准确并及时的诊断技术是容错电机实现容错功能的前提。《中国电机工程学报》 2009年第33期论文《双凸极电机全桥变换器单管开路故障在线诊断》提出了一种利用中性 点电压在故障前后的变化特征进行故障诊断的方法，并开展了实验验证。但是该方法仅能 用于三相电机的单管开路故障的诊断研宄。国内外也有学者提出采用基于模型的模糊控制 和遗传算法针对特定电机驱动系统下正常与故障运行状态进行特征量提取，实现电机故障 诊断，此方法实现相对困难和复杂，而且难以实现故障实时诊断。
【发明内容】
[0004] 所要解决的技术问题：
[0005]本发明公开的一种四相电励磁双凸极电机及其开路故障诊断方法，仅对设置的故 障检测电阻的电压进行采样并提取故障特征，适用于四相四相电励磁双凸极电机的单相开 路和单管开路故障诊断。
[0006] 技术方案：
[0007] 为了实现以上功能，本发明提供了一种四相电励磁双凸极电机，其特征在于：该电 机包括A相绕组、B相绕组、C相绕组、D相绕组、四相全桥变换器和检测电阻（R);电机的四 相绕组按照相位的不同分为两个通道，两个通道的中点连接有检测电阻（R);所述电机还 设有控制器，所述控制器对检测电阻的电压进行采样并提取故障特征，以诊断出发生的故 障类型；
[0008] 所述电机的四相绕组按照相位的不同分为两个通道，具体指A相绕组和C相绕组 反向串联后分别接在A相上管Q1与A相下管Q2的中点和C相上管Q5与C相下管Q6的中 点，组成一个通道；B相绕组和D相绕组反向串联后分别接在B相上管Q3与B相下管Q4的 中点和D相上管Q7与D相下管Q8的中点，组成另一个通道。
[0009] 一种四相电励磁双凸极电机开路故障诊断方法，其特征在于：该诊断方法具体步 骤如下：针对权上述四相电励磁双凸极电机，该诊断方法具体步骤如下：
[0010] 设A相绕组与励磁绕组的互感开始上升时的电角度为0°，电角度为（0°，180° ] 时，给D相通以正电流，给B相通以负电流；
[0011] 电角度为（180°，360° ]范围内，给B相通以正电流，给D相通以负电流；
[0012] 电角度为（90°，270° ]范围内，给A相通以正电流，给C相通以负电流；
[0013] 电角度为（0°，90° ]和（270°，360° ]范围内，给C相通以正电流，给A相通以 负电流；
[0014] 在上述通电逻辑的基础上，对检测电阻的电压进行采样并提取故障特征，以诊断 出发生的故障类型。
[0015] 进一步的，对检测电阻的电压进行采样并提取故障特征，以诊断出发生的故障类 型具体指：该诊断方法在判断单相开路故障时采用以下判断逻辑：
[0016]若在电角度为（0°，180° ]时检测电阻的电压始终为负值，且在（180°，360° ] 时检测电阻的电压始终为正值，则发生了A相开路故障；
[0017]若在（0°，180° ]时检测电阻的电压始终为正值，且在（180° ,360° ]时检测 电阻的电压始终为负值，则发生了C相开路故障；
[0018] 若在（90 ° ，270 ° ]时检测电阻的电压始终为负值，且在 (0°，90°]U(270° ,360° ]时检测电阻的电压始终为正值，则发生了B相开路故障；
[0019]若在（90 ° ，270 ° ]时检测电阻的电压始终为正值，且在 (0°，90°]U(270° ,360° ]时检测电阻的电压始终为负值，则发生了D相开路故障。
[0020] 进一步的，对检测电阻的电压进行采样并提取故障特征，以诊断出发生的故障类 型具体指：该诊断方法在判断单管开路故障时采用以下判断逻辑：
[0021]若在（0°，180° ]时检测电阻的电压始终为负值，且在（180° ,360° ]时检测 电阻的电压并非始终为正值，则发生了A相上管（Q1)开路故障；
[0022] 若在（0°，180° ]时检测电阻的电压始并非终为负值，且在（180° ,360° ]时 检测电阻的电压始终为正值，则发生了A相下管（Q2)开路故障；
[0023]若在（90 ° ，270 ° ]时检测电阻的电压始终为负值，且在 (0°，90°]U(270° ,360° ]时检测电阻的电压始并非终为正值，则发生了B相上管 (Q3)开路故障；
[0024] 若在（90 °，270 ° ]时检测电阻的电压并非始终为负值，且在 (0°，90° ]U(270° ,360° ]时检测电阻的电压始终为正值，则发生了B相下管（Q4) 开路故障；
[0025] 若在（0°，180° ]时检测电阻的电压始终为正值，且在（180° ,360° ]时检测 电阻的电压并非始终为负值，则发生了C相上管（Q5)开路故障；
[0026]若在（0°，180° ]时检测电阻的电压始并非终为正值，且在（180° ,360° ]时 检测电阻的电压始终为负值，则发生了C相下管（Q6)开路故障；
[0027]若在（90 °，270 ° ]时检测电阻的电压并非始终为正值，且在 (0°，90°]U(270° ,360° ]时检测电阻的电压始终为负值，则发生了D相上管（Q7)开 路故障；
[0028]若在（90 °，270 ° ]时检测电阻的电压始终为正值，且在 (0°，90°]U(270° ,360° ]时检测电阻的电压并非始终为负值，则发生了D相下管 (Q8)开路故障。
[0029]有益效果：
[0030] 本发明公开的电励磁双凸极电机励磁故障容错发电控制方法，仅对设置的故障检 测电阻的电压进行采样并提取故障特征，既可以诊断出单管开路故障，又可以诊断出单相 开路故障；控制器算法简单，不需要复杂的运算。
【附图说明】
[0031] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
[0032] 图1是本发明四相电励磁双凸极电机开路故障诊断方法原理图；
[0033] 图2是四相电励磁双凸极电机标准角度控制电流图；
[0034] 图3是本发明四相电励磁双凸极电机正常状态下的检测电阻电压图；
[0035] 图4是本发明四相电励磁双凸极电机A相开路时检测电阻电压图；
[0036] 图5是本发明四相电励磁双凸极电机B相开路时检测电阻电压图；
[0037] 图6是本发明四相电励磁双凸极电机C相开路时检测电阻电压图；
[0038] 图7是本发明四相电励磁双凸极电机A相上管Q1开路时检测电阻电压图；
[0039] 图8是本发明四相电励磁双凸极电机A相下管Q2开路时检测电阻电压图；
[0040] 图9是本发明四相电励磁双凸极电机D相下管Q8开路时检测电阻电压图。
【具体实施方式】
[0041] 本发明提供一种四相电励磁双凸极电机及其开路故障诊断方法，为使本发明的目 的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应 当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0042] 图1是本发明四相电励磁双凸极电机开路故障诊断方法原理图。该电机包括A相 绕组、B相绕组、C相绕组、D相绕组、四相全桥变换器和检测电阻R。所述四相全桥变换器包 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， 各开关管分别反向并联一个二极管。
[0043] 其中A相绕组和C相绕组反向串联后分别接在A相上管Q1与A相下管Q2的中点 和C相上管Q5与C相下管Q6的中点，组成一个通道；B相绕组和D相绕组反向串联后分别 接在B相上管Q3与B相下管Q4的中点和D相上管Q7与D相下管Q8的中点，组成另一个 通道。检测电阻R分别接在A相绕组与C相绕组的中点和B相绕组与D相绕组的中点。控 制器对检测电阻的电压进行采样并提取故障特征，以诊断出发生的故障类型。
[0044]图2是四相电励磁双凸极电机标准角度控制电流图。假设A相绕组与励磁绕组的 互感开始上升时的电角度为0。在电角度为（0°，180° ]范围内，给D相通以正电流，给 B相通以负电流；在电角度为（180°，360° ]范围内