发电机励磁系统功率单元的工作原理及故障分类发电机励磁系统功率单元共阴极组的3个晶闸管（T1、T3、T5）在各自的电源电压为正半周时导通，而共阳极组的3个晶闸管（T4、T6、T2）在各自的电源电压为负半周时导通。若以自然换相点作为计算触发角α的起点，则α在0°9°范围内，功率单元处于整流工作状态；α在90°180°范围内，功率单元处于逆变工作状态<4>。本文只研究α在0°90°范围，即整流工作状态。根据功率单元的工作原理，晶闸管的导通次序为：T6、T1→T1、T2→T2、T3→T3、T4→T4、T5→T5、T6.正常工作时输出的励磁电压每周期脉动六次，每个脉动的波形都一样，即每个工频周期由6个形状相同的波头组成。

　　励磁系统功率单元电路发电机励磁系统功率单元中，最常见的故障是晶闸管的断开或触发脉冲丢失，当发生该类故障时，励磁电压波形按一定规律产生畸变，因此励磁电压Ud的波形包含了可控硅是否故障的信息。综合各种情况，可将故障情况分为单管故障、双管故障、三管故障。

　　由于在发电机励磁系统功率单元的工作过程中同时发生三只晶闸管故障的概率极小，因此本文在不考虑三只晶闸管故障的情况下将故障情况分为以下5类，第一类：只有1只晶闸管故障，细分为6种故障状态即：T1、T2、T3、T4、T5、T6故障；第二类：同一相电压的2只晶闸管故障，包括3种故障状态即：T1-T4、T2-T5、T3-T6故障；第三类：同一半桥中的2只晶闸管故障，包括6种故障状态即：T1-T3、T2-T4、T3-T5、T4-T6、T5-T1、T6-T2故障；第四类：序号相邻的2只晶闸管故障，包括6种故障状态即：T1-T2、T2-T3、T3-T4、T4-T5、T5-T6、T6-T1故障；第五类：无晶闸管故障，作为一种特殊故障状态。

　　限于篇幅，本文只给出了α=30°典型故障的励磁电压波形如，根据励磁电压故障波形可知发电机功率单元输出的励磁电压Ud波形有如下特点：①触发角α一定时，不同类故障产生的Ud故障波形不相同；②同一类故障时，不同触发角产生的Ud故障波形相似，只是励磁电压的幅值不同；③触发角α相同、同一类故障时，不同晶闸管故障时对应的故障波形相似，只是在时间轴上进行了平移。

　　α=30°典型故障Ud的波形3发电机功率单元的故障诊断方法谱分析是整流电路在线故障诊断的主要研究方法，但是谱分析需要二次定位，在实际应用中运算复杂、运行时间较长，对于多重化整流电路比较适用，而发电机励磁系统功率单元只有22种故障状态，为此本文在故障波形面积处理的基础上提出了改进的模式识别诊断方法，利用该方法使程序简单且运行时间少，更有利于在线诊断。

　　基于虚拟仪器的故障诊断方法实现虚拟仪器及其专用软件LabVIEW的简介虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统，它利用PC计算机强大的图形环境，建立界面友好的虚拟仪器面板，操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器运行，完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成<7>。

　　发电机励磁系统功率单元故障诊断系统的硬件组成本系统由数据采集卡、调理电路和PC机组成，其硬件配置如所示。数据采集卡采用美国NI公司的M系列的PCI-6221采集卡，PCI-6221是一种基于计算机PCI总线的数据采集卡，它可直接插在计算机的PCI插槽上使用，卡上配有8双/16单路模拟量输入、2路模拟量输出、24路数字输入输出等，其中A/D转换器分辨率16位，最大采样频率可达到250KS/s.

　　系统硬件配置图信号调理电路的功能主要有：将被测装置中的电压、电流信号，经隔离转化为标准的电压、电流信号；波形转换；滤波；对数字信号进行必要的整形或电平调整等等。本文的信号调理电路主要有：（1）整形电路。该诊断系统在检测可控硅触发角和发电机机端频率的过程中均要使用机端A相交流电压对应的方波信号，因此整形电路尤为重要。图4中，将机端A相交流正弦电压先经过降压变压器降压，再进行滤波处理，最后将处理过的信号通过由LM339组成的过零比较器整形成为方波信号输入到DAQ数据采集卡的PFI9端子。

　　发电机功率单元的故障诊断系统的软件开发故障诊断系统的程序流程图如所示：整个发电机励磁系统功率单元故障诊断的软件部分主要包括以下几个方面。

　　（1）DAQ（数据采集卡）的配置。根据信号的特点，选用微分测量系统；设置模拟量输入、触发脉冲输入和计数通道、数字触发采集形式、每周期采样的数据个数、输入电压的范围等。

　　（2）频率测量。频率测量是故障诊断中的一个重要环节。本文利用NI数据采集卡的计数器进行测频，在频率测量时，为了避免输入A相电压信号幅值变化影响测频精度，采用测一个信号周期而不是半波，即选用数据采集卡内部基频测量方波信号两个上升沿之间的时间间隔，时间间隔的倒数就是方波信号的频率。

　　（3）励磁电压波形采样。在对励磁电压波形进行采样时，为了保证采集的数据能够满足面积预处理的要求，在数据采集中使用触发采集，由于在发电机功率单元中一般用双窄脉冲，因此当晶闸管T1和晶闸管T6同时被触发时，数据采集卡（DAQ）开始采集励磁电压的波形；同时考虑到发电机机端频率的变化，因此采用变采样频率进行数据采集，一个周期采120个点，从而有效的减少了频率变化而引起的程序中面积预处理的误差。

　　试验结果分析及结论本文使用改进的模式识别故障诊断方法，在虚拟仪器的软件平台LabVIEW上开发出了发电机励磁系统功率单元的故障诊断系统，并在实验室的一台小型励磁试验台上进行了试验。

　　试验中人为将1个、2个晶闸管的触发脉冲撤掉，模拟上述各类故障状态，使励磁系统功率单元带病工作，当撤掉T1的脉冲后，该故障诊断系统能够判断出第一个晶闸管发生了开路故障，经低通滤波得到的励磁电压故障波形如所示；撤掉T1、T2脉冲后可准确判断出第一、二个晶闸管同时发生开路故障，励磁电压故障波形如所示；撤掉T1、T3脉冲后可准确判断出第一、三个晶闸管同时发生开路故障，励磁电压故障波形如所示；撤掉T1、T4脉冲后可准确判断出第一、四个晶闸管同时发生开路故障，励磁电压故障波形如0所示。试验表明该诊断系统能较准确地指示出具体故障类别，给出正确诊断。在不同触发角α和不同的频率情况下，诊断结果仍然正确。