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　　1概述同步發(fā)電機無刷勵磁徹底解決了大容量或超大容量同步發(fā)電機勵磁電流過高所帶來的一系列集電環(huán)電刷問題，消除了火花和噪聲，且減少了維護環(huán)節(jié)，發(fā)電機組能夠長期連續(xù)運行。同步發(fā)電機組中的旋轉(zhuǎn)整流器是無刷勵磁系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)，必須保證其工作在正常狀態(tài)。當旋轉(zhuǎn)整流器功率二極管發(fā)生故障（開路或短路），就應該立即發(fā)現(xiàn)并迅速報警。但是，由于取消了滑環(huán)和電刷，就很難對轉(zhuǎn)子故障情況進行直接的監(jiān)測。

　　解決該問題的關(guān)鍵，是如何獲取帶有轉(zhuǎn)子故障信息的信號，并采用何種方法來有效、準確地進行識別。在交流勵磁機定子磁極間安裝探測線圈是一種常用方法，但在實際應用中，極間探測線圈是會遇到安裝困難和在運輸過程中造成探測線圈的松動錯位，并且極間探測線圈獲得的信號較弱，探測線圈需要的匝數(shù)較多，如圖1所示。另一種獲取信號的方法是直接采用交流勵磁機的定子勵磁繞組作為探測線圈，其優(yōu)點是省去了設計、安裝和維護探測線圈的工作，而且便于現(xiàn)場采集信號數(shù)據(jù)，同時信號量較強，含轉(zhuǎn)子故障信息量大，但是由于勵磁磁極鐵心飽和影響作用，使信號具有一定的失真度，即出現(xiàn)了模糊現(xiàn)象，難以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)整流器的故障分類識別，因此該方法一直很少被采用。本文針對這種問題，采用了模糊模式識別技術(shù)，建立計算機數(shù)字診斷模型，將交流勵磁機定子勵磁回路中感應的信號用頻譜分析預處理，然后進行旋轉(zhuǎn)整流器故障分類識別。該方法擴大了識別故障類型范圍，提高了故障識別的準確度，從而實現(xiàn)了對同步發(fā)電機組整流器故障的微機監(jiān)測。

　　2故障監(jiān)測方法本文獲取同步發(fā)電機組轉(zhuǎn)子整流器故障信息的方法，是在交流勵磁機定子勵磁繞組上并聯(lián)電容和C 2，如圖2所示。轉(zhuǎn)樞式的交流勵磁機電樞電流產(chǎn)生的電樞磁場必然切割其定子勵磁繞組，并感應電勢，然后通過電容C和C分壓，只需采集帶有轉(zhuǎn)子故障信息的電容C兩端的電壓波形，進行頻域分析，分解出不同幅值的各次諧波分量，然后采用模糊模式識別技術(shù)，進行故障分類識別處理。

　　設感應電勢信號波e =E 的周期為T ，由傅里葉級數(shù)展開為f―――交流勵磁機電樞電流的基波頻率？研究與開發(fā)？

　　而且有E k，因此上式中的積分計算可采用數(shù)值積分計算。由于傅里葉級數(shù)分解計算要進行大量的加減、乘除運算，故采用具有一定精度的復化梯形積分公式。上述傅氏級數(shù)系數(shù)表達式為其中N為在一個信號周期內(nèi)的采樣點數(shù)。當A/D轉(zhuǎn)換采用芯片ADC0809時，其模數(shù)轉(zhuǎn)換速率為100μs/次，故采樣間隔時間h =當信號數(shù)據(jù)被預處理后，就由計算機中的模糊診斷模式進行故障診斷。設反映同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)整流器運行工況的集合為論域U在旋轉(zhuǎn)整流器運行工況的論域U中，取n =8 ，則論域中各元素定義為―――正常運行）臂開路故障）兩臂開路故障）臂短路故障）兩臂短路故障―――A相正負組（A）兩臂短路故障相負組（C）三臂開路故障相負組（C）三臂短路故障當在論域U中的元素P有r個特征值時，可以用矢量P表示。每一個這樣的矢量稱為一個模型樣本，每一個模型樣本中的元素均具有表征同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)整流器運行工況信息的特征量。將交流勵磁機定子勵磁繞組上并聯(lián)電容中的電壓信號u用頻譜分析數(shù)值方法預處理后，提取各次諧波幅值的相對值為信息特征值。因此， P 4 ， 5 ， 6 ， 7 ， 8）構(gòu)成一組模糊集群體樣本模型。下表為一臺360kW無刷勵磁同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)整流器的模糊模式識別樣本集。

　　表旋轉(zhuǎn)整流器的Fuzzy模式識別樣本集樣本模型矢量定子信號E的諧波分量相對值基波2次諧波3次諧波4次諧波5次諧波6次諧波在實際運行中，將上述試驗獲取的識別樣本集存入計算機內(nèi)存中，當對發(fā)電機組進行在線實時監(jiān)測時，采樣信號u的特征矢量P（U））應該與該故障樣本集中的矢量P作貼近度計算，采用海明貼近度要正確診斷矢量P隸屬于模糊集P中的哪一類，則必須在映射論域F （ω）中比較H）貼近度的大小，其貼近度最大的兩個Fuzzy （模糊）集被視為同一類工作狀況，即因此，將P確診為矢量P所屬類型故障的同步發(fā)電機運行工況。

　　3故障監(jiān)測系統(tǒng)設計旋轉(zhuǎn)整流器故障監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分主要由LCU測控單元、系統(tǒng)主機二大部分組成。

　　LCU測控單元的核心是8751單片機，其具有很強的數(shù)據(jù)存儲處理功能、I/O口控制功能和數(shù)據(jù)無刷同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)整流器故障監(jiān)測新方法研究通信功能。LCU單元的信號采集通道由輸入限幅電路、低通濾波電路、整流電路、模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路組成而監(jiān)控報警通道由功率放大電路、預警電路、斷路器控制回路構(gòu)成。它們均由8751單片機的I/O口控制，完成監(jiān)測信號的采集、預警和控制斷路器的任務。在程序控制下， 8751單片機的串行口能工作于四種方式，可根據(jù)需要采用異步通信口實現(xiàn)雙機或多機通信，將采樣數(shù)據(jù)傳輸給上層系統(tǒng)微機，由微機完成所有數(shù)據(jù)的預處理，故障模糊診斷以及數(shù)據(jù)庫維護等功能，并將控制指令傳回LCU單元，形成同步發(fā)電機分布式監(jiān)控系統(tǒng)。其系統(tǒng)設計原理如圖3所示。

　　在系統(tǒng)軟件設計方面，必須進行以下應用軟件設計：①信號采集程序設計。②數(shù)據(jù)處理程序設計。③故障診斷程序設計。④報警監(jiān)控程序設計。

　�、輸�(shù)據(jù)通信程序設計。

　　由于LCU測控單元中8751單片機的主要功能是采集信號，將其數(shù)字信號傳送系統(tǒng)主機，并由系統(tǒng)主機進行數(shù)據(jù)處理和故障診斷后，然后接收系統(tǒng)主機傳來的指令信號，進行實時報警與控制。因此，由單片機的匯編語言所編制的程序應包含信號采集、數(shù)據(jù)收發(fā)與報警監(jiān)控功能。

　　本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的處理、故障診斷、系統(tǒng)主機操作界面程序均用Visual Basic語言編寫。在用Visual Basic 5.0設計的系統(tǒng)主機通信程序時，應先在窗體加載程序中實現(xiàn)串行口的初始化（設置串行口的波特率和工作方式），同時在窗體中加入兩個命令按鈕：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)功能關(guān)閉串行口，釋放控制權(quán)。

　　4結(jié)束語由于同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)整流器發(fā)生故障時，其交流勵磁機電樞電流的大小及波形發(fā)生變化，引起電樞磁場的變化，并在定子勵磁繞組中感應一系列諧波電勢，該諧波電勢波形反映出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流器的運行情況。因此，本文就該諧波電勢波形進行模糊診斷技術(shù)處理，用模糊模式識別方法診斷旋轉(zhuǎn)整流器的故障類型。