用于检测交流发电机整流器二极管短路故障的方法和设备的制造方法
【专利摘要】本发明题为用于检测交流发电机整流器二极管短路故障的方法和设备。用于检测交流发电机整流器二极管短路故障的方法，包括在交流发电机的操作期间确定交流发电机励磁绕组电压（220）超过故障阈值（230）的故障波纹周期（304）以及然后在所述故障波纹周期密切匹配交流发电机电枢周期（308）的情况下检测（314）交流发电机整流器二极管短路故障；和/或对交流发电机励磁绕组电压（220）进行带通滤波，并且在所述带通滤波的励磁绕组电压的幅度超过故障阈值（230）的情况下检测（314）交流发电机整流器二极管短路故障。所述方法可以例如由包括滞后频率计数器（112）、频率比较器（114）和倒计时定时器（116）的设备（100）来实现。
【专利说明】
用于检测交流发电机整流器二极管短路故障的方法和设备
技术领域
[0001]本发明的实施例一般涉及功率电子器件。其他实施例涉及检测交流发电机整流器中的短接二极管或其他电子组件。
【背景技术】
[0002]—般来说，电动车辆通过装配到车辆的轴或轮毂的电动机来产生牵引力。这些电动机从主电源(其可以是电化学电池、超级电容器、光伏板或者热化学发动机)接收电力。如果主电源是热化学发动机，则通常使发动机的运动驱动交流发电机(AC发电机)，其以发动机循环率(engine cycle rate)的倍数进行旋转。为了提供清洁功率源而与发动机速度无关，在交流发电机中生成的电力在输送到电动机之前经过交流发电机整流器和可能的附加功率电子器件。然而，交流发电机的旋转不可避免地对于从交流发电机整流器所输送的电力引入小AC波纹。
[0003]通常，交流发电机整流器是固态装置，尽管它也能够由分立组件来构建。在任何情况下，如果交流发电机整流器的二极管出故障短路(零电阻)，则大的或者极大的AC故障电流可向下流动到其他功率电子器件，使得继续的操作可能带来对功率电子器件以及对电动机的继发损坏的风险。
[0004]因此，一些电动车辆在交流发电机整流器二极管故障的情况下提供车辆紧急操作模式。另外，一些电动车辆响应于检测到交流发电机整流器二极管故障而自动进入紧急模式。
[0005]通常，交流发电机整流器二极管故障基于从交流发电机整流器所输送的电力中的AC波纹的幅值的突然或逐渐增加而被检测。但是，为了避免扰乱(伪故障)检测，对于诸如电动机/交流发电机(再生制动)转变、车轮滑转、速度瞬变、功率调节模式变化等的正常操作瞬变已经停用了二极管故障检测。这些从故障检测中的惯常排除产生可预测问题:存在有在正常操作期间不检测交流发电机整流器二极管短路的可能性。
[0006]鉴于以上所述，可期望提供用于在电动车辆的任何正常操作期间可靠地检测交流发电机整流器二极管短路，包括先前已经对其停用了二极管故障检测的瞬变的设备和方法。这样的设备和方法还可对检测任何交流发电机整流器二极管短路故障是有帮助的。
【发明内容】
[0007]在实施例中，一种方法(例如控制电力供应系统的方法)包括在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组信号(电压或电流)进行取样。交流发电机由原动机来驱动，以生成电力。该方法还包括确定励磁绕组信号超过故障阈值的故障波纹周期，并且在故障波纹周期密切匹配交流发电机的电枢周期的情况下确定耦合到交流发电机的输出的整流器的电子组件中的短路故障。“密切匹配”表示处于所指定阈值或者在所指定阈值之内(即，不超过)。
[0008]例如，该方法可包括对交流发电机的励磁绕组电压进行取样(在交流发电机的操作期间)，确定交流发电机励磁绕组电压超过故障阈值的故障波纹周期，并且在故障波纹周期密切匹配交流发电机电枢周期的情况下检测交流发电机整流器二极管短路故障(即，可操作地耦合到交流发电机的整流器的二极管的短路故障)。
[0009]在另一个实施例中，一种方法包括在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组信号(电压或电流)进行取样。该方法还包括对取样励磁绕组信号进行带通滤波，并且在带通滤波的励磁绕组信号的幅度超过故障阈值的情况下检测耦合到交流发电机的输出的整流器的电子组件(例如二极管)的短路故障。
[0010]在另一个实施例中，一种设备包括滞后频率计数器，其在操作上连接以对交流发电机的励磁绕组信号(电压或电流)进行取样，并且基于励磁绕组信号的波纹超过故障阈值来输出指示故障波纹频率的值。该设备还包括频率比较器和倒计时定时器，其在操作上连接以由频率比较器来起动。频率比较器在操作上连接，以将故障波纹频率与交流发电机的电枢频率进行比较，并且在故障波纹频率密切匹配电枢频率的情况下起动倒计时定时器。倒计时定时器配置成在故障波纹频率对倒数时间(例如超过设计瞬变持续时间的时间)密切匹配电枢频率的情况下发信号通知耦合到交流发电机的输出的整流器的电子组件(例如二极管)的短路故障。
[0011]技术方案1:一种方法(300)，包括:
在交流发电机的操作期间确定(302)所述交流发电机的励磁绕组电压(220)超过故障阈值(230)的故障波纹周期(304);以及
在所述故障波纹周期密切匹配交流发电机电枢周期(308)的情况下检测(314)交流发电机整流器二极管短路故障。
[0012]技术方案2:如技术方案I所述的方法，其中，仅当所述故障波纹周期在整个倒计时(312)密切匹配所述交流发电机电枢周期时才检测所述交流发电机整流器二极管短路故障。
[0013]技术方案3:如技术方案2所述的方法，其中，所述倒计时(312)是所述交流发电机电枢周期的至少20倍并且不超过所述交流发电机电枢周期的50倍。
[0014]技术方案4:如技术方案I所述的方法，其中，如果所述故障波纹周期和所述交流发电机电枢周期之间的差不超过I Hz，则检测所述交流发电机整流器二极管短路故障。
[0015]技术方案5:如技术方案I所述的方法，其中，所述故障阈值是正常波纹幅度的至少500%，并且优选是正常波纹幅度的至少10000%。
[0016]技术方案6:如技术方案I所述的方法，其中，所述故障波纹周期通过得到所述励磁绕组电压的谱密度来确定。
[0017]技术方案7:—种方法，包括:
在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组电压(220)进行带通滤波；以及在所述带通滤波的励磁绕组电压超过故障阈值(230)的情况下检测(314)交流发电机整流器二极管短路故障。
[0018]技术方案8:如技术方案7所述的方法，其中，所述带通滤波通过参照取样的交流发电机电枢频率对带通滤波器进行调谐来实现。
[0019]技术方案9:如技术方案7所述的方法，其中，所述带通滤波通过使用对交流发电机电枢频率的值的设计范围所设置的滤波器来实现。
[0020]技术方案10:如技术方案7所述的方法，其中，所述带通滤波通过基于驱动所述交流发电机的原动机的操作条件选择多个带通滤波器其中之一来实现。
[0021]技术方案11:如技术方案7所述的方法，其中，所述故障阈值基于驱动所述交流发电机的原动机的操作条件来设置。
[0022]技术方案12:—种设备(100)，包括:
滞后频率计数器(112)，其在操作上连接以对交流发电机励磁绕组电压(220)进行取样，并且基于所述励磁绕组电压的波纹超过故障阈值(230)来输出指示故障波纹频率的值(304)；
倒计时定时器(I 16)；以及
频率比较器(I 14)，在操作上连接，以将所述故障波纹频率与交流发电机电枢频率(308)进行比较，并且在所述故障波纹频率密切匹配所述电枢频率的情况下起动所述倒计时定时器；
其中所述倒计时定时器(116)在操作上连接以由所述频率比较器来起动，并且配置成所述故障波纹频率对倒计时时间密切匹配所述电枢频率的情况下发信号通知(314)交流发电机整流器二极管短路故障。
[0023]技术方案13:如技术方案12所述的设备，其中，所述倒计时定时器配置成如果对所述倒计时时间在所述故障波纹频率与所述电枢频率之间的差不超过1Hz，则发信号通知所述交流发电机整流器二极管短路故障。
[0024]技术方案14:如技术方案12所述的设备，其中，所述故障阈值是正常波纹幅度的至少500%，并且优选是正常波纹幅度的至少10000%。
[0025]技术方案15:如技术方案12所述的设备，其中，所述倒计时时间是所述交流发电机电枢周期的至少20倍，并且不超过所述交流发电机电枢周期的50倍。
[0026]技术方案16:—种方法，包括:
在交流发电机的操作期间对所述交流发电机的励磁绕组信号进行取样；
确定所述励磁绕组信号超过故障阈值的故障波纹周期；以及
在所述故障波纹周期密切匹配所述交流发电机的电枢周期的情况下检测耦合到所述交流发电机的输出的整流器的电子组件的短路故障。
[0027]技术方案17:如技术方案16所述的方法，其中，仅当所述故障波纹周期在整个倒计时密切匹配所述电枢周期时才检测所述短路故障。
[0028]技术方案18:如技术方案17所述的方法，其中，所述倒计时是所述电枢周期的至少20倍。
[0029]技术方案19:如技术方案17所述的方法，其中，所述倒计时不超过所述电枢周期的50倍。
[0030]技术方案20:如技术方案17所述的方法，其中，所述倒计时是所述电枢周期的至少20倍，并且不超过所述电枢周期的50倍。
[0031 ]技术方案21:如技术方案16所述的方法，其中，如果所述故障波纹周期与所述电枢周期之间的差不超过IHz，则检测所述短路故障。
[0032]技术方案22:如技术方案16所述的方法，其中，所述故障阈值是正常波纹幅度的至少500%。
[0033]技术方案23:如技术方案16所述的方法，其中，所述故障阈值是正常波纹幅度的至少10000%0
[0034]技术方案24:如技术方案16所述的方法，其中，所述故障波纹周期通过得到所述励磁绕组信号的谱密度来确定。
[0035]技术方案25:—种方法，包括:
在交流发电机的操作期间对所述交流发电机的励磁绕组信号进行取样；
对所取样的所述励磁绕组信号进行带通滤波；以及
在所述带通滤波的励磁绕组信号的幅度超过故障阈值的情况下检测耦合到所述交流发电机的输出的整流器的电子组件的短路故障。
[0036]技术方案26:如技术方案25所述的方法，其中，所述带通滤波通过参照取样交流发电机电枢频率对带通滤波器进行调谐来实现。
[0037]技术方案27:如技术方案25所述的方法，其中，所述带通滤波通过使用对交流发电机电枢频率的值的设计范围所设置的滤波器来实现。
[0038]技术方案28:如技术方案25所述的方法，其中，所述带通滤波通过基于驱动所述交流发电机的原动机的操作条件选择多个带通滤波器其中之一来实现。
[0039]技术方案29:如技术方案25所述的方法，其中，所述带通滤波通过基于所述交流发电机的旋转速度选择多个带通滤波器其中之一来实现。
[0040]技术方案30:如技术方案25所述的方法，其中，所述故障阈值基于驱动所述交流发电机的原动机的操作条件来设置。
[0041]技术方案31:—种设备，包括:
滞后频率计数器，在操作上连接以对交流发电机的励磁绕组信号进行取样，并且基于所述励磁绕组信号的波纹超过故障阈值来输出指示故障波纹频率的值；
倒计时定时器；以及
频率比较器，在操作上连接，以将所述故障波纹频率与交流发电机电枢频率进行比较，并且在所述故障波纹频率密切匹配所述电枢频率的情况下起动所述倒计时定时器；
其中所述倒计时定时器在操作上连接以由所述频率比较器来起动，并且配置成在对倒计时时间密切匹配所述电枢频率的情况下发信号通知耦合到所述交流发电机的输出的整流器的电子组件的短路故障。
[0042]技术方案32:如技术方案31所述的设备，其中，所述倒计时定时器配置成对所述倒计时时间在所述故障波纹频率与电枢频率之间的差不超过IHz时发信号通知所述短路故障。
[0043]技术方案33:如技术方案31所述的设备，其中，所述故障阈值是正常波纹幅度的至少500%。
[0044]技术方案34:如技术方案31所述的设备，其中，所述故障阈值是正常波纹幅度的至少10000%0
[0045]技术方案35:如技术方案31所述的设备，其中，所述倒计时时间是所述交流发电机的电枢周期的至少20倍。
[0046]技术方案36:如技术方案31所述的设备，其中，所述倒计时时间不超过所述交流发电机的电枢周期的50倍。
[0047]技术方案37:如技术方案31所述的设备，其中，所述倒计时时间是所述交流发电机的电枢周期的至少20倍，并且不超过所述电枢周期的50倍。
【附图说明】
[0048]通过阅读以下参照附图的非限制性实施例的描述，将会更好地理解本发明，其中下面:
图1是按照实施例的电力生成系统和故障检测设备的示意图。
[0049]图2以图形方式示出按照本发明的方面的交流发电机励磁绕组电压信号和滞后包络。
[0050]图3示意示出用于检测电气组件短路故障(例如交流发电机整流器二极管短路故障)的方法的实施例。
[0051]图4是按照本发明的实施例，用于实现图3的方法的图1的故障检测器设备的示意图。
【具体实施方式】
[0052]下面将详细参照本发明的示范实施例，在附图中说明其示例。在可能的任何地方，附图中通篇使用的相同附图标记表示相同或相似部件而无需赘述。虽然本发明的示范实施例针对电动车辆来描述，但是本发明的实施例一般还可适用于在交流发电机整流器功率系统中使用，例如与涡轮发电机组或其他发电机组一起使用。
[0053]如本文中所使用的术语“基本上”、“一般”和“大约”指示相对于用于取得组件或部件的功能目的的理想期望条件的合理的可取得的制造和组装容差之内的条件。
[0054]图1示出电力供应系统10，其由发动机或其他原动机12(例如柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、多燃料发动机、水力涡轮机、风力涡轮机、蒸汽涡轮机等)来驱动。电力供应系统10包括交流发电机14，其具有励磁绕组16和定子绕组(电枢)18。虽然电枢18示出为三相绕组，但是在其他实施例中，电枢为单相。交流发电机可操作地耦合到原动机的机械输出(例如驱动轴)，用于由原动机驱动以生成电力。电力供应系统1还包括整流器20，其输入连接到电枢18的电输出。整流器20配置成从交流发电机接收第一功率波形的电力，并且将电力转换成不同功率波形，其在母线的负载端子21处提供。例如，整流器可配置成将交流发电机的AC功率输出转换成母线上可用的DC功率，例如，当系统运行时，电压+Ve和-Ve分别存在于端子21处。一个或多个负载103可操作地耦合到端子21，例如，负载可包括一个或多个逆变器，用于可控地把来自母线的DC功率转换成AC信号，用于向电动车辆的一个或多个AC感应电动机供电。整流器20包括多个二极管22，其任何一个可以通过出故障短路或开路而损害交流发电机整流器的机能。
[0055]虽然本文中具体相对二极管来描述实施例，但是其他实施例可以更一般地适用于电子组件，其可操作地连接在整流器的电路中，以将一个或多个电压输入(例如3相AC)转换成一个或多个电压输出(例如DC)。示例包括主动控制晶体管、二极管连接晶体管等等。
[0056]交流发电机励磁绕组16由激励器24(其经连接以从电源接收电力)来驱动。例如，激励器24可从DC负载端子21来供电。作为替代或补充，激励器24能够从电池或者从电力供应系统10外部的另一个电源来供电。
[0057]为了检测交流发电机整流器二极管或其他电子组件的短路故障，故障检测器设备100在操作上连接到激励器24，以感测励磁绕组16中的电信号(电压和/或电流)(或者接收与其有关的信息)。如以下进一步论述的，故障检测器设备100还接收与(i)交流发电机的旋转速度(例如从发动机速度传感器)和/或(ii)交流发电机的定子(电枢)频率有关的信息105，并且响应于满足某些条件而输出指示所检测的短路故障的信号101。虽然激励器24假定地向励磁绕组16供应DC，但是实际上，从电枢18的电场到励磁绕组16的磁反向耦合始终以大约电枢18的旋转频率(例如在大约25-87HZ之间)将小AC波纹电压(“正常波纹”)叠加到激励器供应电压上。在这个背景中，“小”表示大约不超过IV、例如小于IV。如上所述，这个相对小的正常波纹在一些正常操作瞬变期间可以引起扰乱检测(杂散故障)。
[0058]图2以图形方式示出励磁绕组电压200的时间进度，励磁绕组电压200包括基线DC电压205以及或者小正常波纹210或者异常大故障波纹220，异常大故障波纹220将在交流发电机整流器二极管22其中之一出故障的情况下耦合到励磁绕组16中。图2还示出滞后包络或故障阈值230，其用于将故障波纹220与正常波纹210区分。本发明的一个方面涉及利用滞后包络230，以便检测故障波纹220，并且筛选出正常波纹210的扰乱检测。在某些实施例中，滞后包络230以正常波纹幅度的大倍数设置，例如以正常波纹幅度的至少五倍或500%或者至少大约5V。在某些正常操作瞬变可能使正常波纹210超过其惯常幅度的500%的情况下，则故障阈值230可以以正常波纹幅度的更大倍数设置，例如正常波纹幅度的1000%或10000%。然而，用于将故障波纹220与正常波纹210的不寻常瞬变幅度区分的另一种模式是:正常操作瞬变不应当超过如所示的故障波纹220之上的设计瞬变持续时间240。
[0059]在实施例中，故障检测设备配置成按照与图2中说明的电压信号相似的方式来接收和评估励磁绕组电流信号。换言之，故障检测设备可配置成感测励磁绕组中的电压和/或电流(或者接收与其相关的信息)。
[0060]图3示意示出频率比较和计数方法300，其由用于检测整流器电子组件的短路故障(例如交流发电机整流器二极管短路故障)的故障检测器设备100来实现。按照方法300，设备100确定302励磁绕组信号(电压或电流)200超过故障阈值230的故障波纹时间周期304。设备100然后将故障波纹周期304与电枢绕组周期308进行比较306。(例如，电枢绕组周期可基于例如在信息105中提供的交流发电机的特性和电枢的旋转速度来确定。)在故障波纹周期304密切匹配电枢绕组周期308(表示处于电枢绕组周期的所指定阈值310处或者之内、SP不超过所指定阈值310，例如处于IHz(等效I秒的时间)或者大约5%频率差处或者之内)的情况下，设备100触发倒计时312，其比电枢绕组周期308明显更长并且还比设计瞬变持续时间240更长。例如，倒计时312可以是电枢绕组周期308的特定多倍，例如是电枢绕组周期308至少20倍长或者在一些应用中为大约500msec，以允许对完全超出设计瞬变持续时间240的周期的故障波纹周期304的许多确认样本。在方法300的某些实现中，倒计时312在持续时间方面可受到限制(例如不超过电枢绕组周期308的50倍长)，以在实际短路故障，或者可以引起对其他组件的显著损坏的明显超过设计瞬变持续时间240的操作瞬变之前使能紧急操作模式。在故障波纹周期304在整个倒计时312继续密切匹配电枢绕组周期308的情况下，故障检测器设备100则发信号通知314短路故障(S卩，输出信号101)。
[0061]图4是例如如配置用于实现方法300的故障检测器设备100的实施例的示意图。故障检测器设备100的组件包括励磁绕组信号端子102(例如电压感测端子)，其在操作上连接，以向有源或无源低通频率滤波器104并且向波纹减法器106提供从交流发电机励磁绕组16所接收的电压或电流信号。例如，故障检测器100可经由端子102至少每隔2毫秒(0.002秒)对励磁绕组电压200取样一次。低通滤波器104可具有0-1.5 Hz的通带，用于仅选择励磁绕组信号(例如励磁绕组电压200)的DC分量。因此，低通滤波器104可以配置成向减法器106仅传递励磁绕组信号的DC幅度107。因为端子102还直接连接到减法器106，所以减法器106配置成仅输出励磁绕组电压或电流信号200的AC波纹210或220。
[0062]减法器106在操作上连接，以向滞后触发器108(例如施密特触发器或类似的阈值电路)供应AC波纹210或220。触发器108按照如上论述的故障阈值230来设置。因此，在接收到超过故障阈值230的故障波纹220时，触发器108向故障波纹定时器110发送高信号。否则，触发器108向故障波纹定时器110发送低信号。
[0063]响应于接收来自触发器108的低信号，故障波纹定时器110使其时间值递增。响应于接收来自触发器108的高信号，故障波纹110输出其当前时间值(故障波纹周期304)并且复位。频率滤波器104、波纹减法器106、触发器108和故障波纹定时器110共同可操作作为滞后频率计数器112(其在操作上连接以对交流发电机励磁绕组信号(例如交流发电机励磁绕组电压信号200)进行取样，并且基于励磁绕组电压波纹210或220超过故障阈值230来输出指示故障波纹频率的值(故障波纹周期304))。
[0064]频率计数器112在操作上连接，以将故障波纹周期304发送给频率比较器114，其也在操作上连接，以接收电枢绕组周期308的值。例如，电枢绕组周期308可与故障波纹周期304类似地测量，可从查找表中得到，或者可与故障波纹周期304不同地测量(例如由光学转速计)。频率比较器114经过配置和操作上连接，以在故障波纹周期304密切匹配电枢绕组周期308、例如处于IHz处或者之内的情况下向倒计时定时器116发送高信号。
[0065]倒计时定时器116在操作上连接，以接收来自频率比较器114的高/低信号，并且配置成在接收高信号之后启动倒计时312，在接收低信号之后复位，或者在完成计数之后触发314 报警 118。
[0066]因此，在故障波纹周期304密切匹配电枢绕组周期308(例如处于IHz或大约5%处或者之内)的情况下，倒计时定时器116则启动倒计时312(例如500毫秒的超时周期)。在倒计时312期间故障波纹周期304的新测量没有密切匹配电枢绕组周期308的情况下，倒计时定时器116则复位。在故障波纹周期304在整个倒计时312继续密切匹配电枢绕组周期的情况下，在完成倒计时312之后，倒计时定时器116则触发报警118，以便发信号通知314短路故障。因此，倒计时定时器116配置成在故障波纹频率(故障波纹周期304的倒数)对超过设计瞬变持续时间240的时间(倒计时312)密切匹配电枢频率(电枢绕组周期308的倒数)的情况下发信号通知314短路故障。
[0067]这些组件的部分或全部通过软件或者通过专用电路、例如ASIC或FPGA或者其部分来实现。例如，图4示出全部在控制模块120中实现的频率比较器114、倒计时定时器116和报警118。控制模块可包括控制器(或处理器)和存储器单元，其存储由控制器运行用于实现本文中所阐明的各种操作的非暂时性指令。
[0068]各种信号(例如励磁绕组信号、励磁绕组信号的DC分量、触发器输出)可提供给存储器单元、系统(例如车辆)控制器、信号总线(用于向设备中的其他点提供信号)等109。
[0069]虽然图4示出按照本发明的故障检测器100的一个实施例，但是其他实施例是可设想的。例如，不是基于触发器108的输出对故障波纹周期304进行计时(对故障波纹频率进行计数)，本发明的实施例而是可通过对交流发电机励磁绕组电压200进行取样、对取样电压进行带通滤波并且在带通滤波的励磁绕组电压的幅度超过故障阈值的情况下检测短路故障316(例如交流发电机整流器二极管短路故障)来实现。带通滤波可以例如通过参照取样交流发电机电枢频率或者参照交流发电机电枢频率的值的设计范围对滤波器104进行调谐，或者通过基于原动机12的操作条件或者基于交流发电机14的旋转速度从多个带通滤波器中选择滤波器104，基于交流发电机电枢频率(电枢绕组周期性308的倒数)来实现。故障阈值可基于原动机12的操作条件来调整或设置。作为另一个示例，可通过得到交流发电机励磁绕组电压200的运行谱密度，以及识别谱密度的局部最大数对超过设计瞬变持续时间240的时间是否密切匹配交流发电机电枢频率(电枢绕组周期308的倒数)并且超过故障阈值230，来实现本发明的实施例。
[0070]因此，本发明的实施例涉及一种方法，其包括在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组信号(电压或电流信号)进行取样(例如采用故障检测设备)。该方法还包括确定(例如采用故障检测设备)交流发电机励磁绕组信号超过故障阈值的故障波纹周期，并且在故障波纹周期密切匹配交流发电机电枢周期的情况下检测(例如采用故障检测设备)整流器(耦合到交流发电机)的二极管或其他电子组件的短路故障。一些实施例可以仅当故障波纹周期在整个倒计时密切匹配交流发电机电枢周期，例如处于IHz频率差处或者之内时，才可检测短路故障。故障阈值可以是例如正常波纹幅度的至少500%或者正常波纹幅度的至少10000%。倒计时可以是交流发电机电枢周期的至少20倍和/或不超过交流发电机电枢周期的50倍。(比交流发电机电枢周期的50倍更长的倒计时可以取决于交流发电机和电力生成系统的特定特性在其中附加确认样本被认为是有用的和/或其中不需要在可能故障的相对短的时间之内被触发的操作模式的情形中是可适用的。比交流发电机电枢周期的20倍要短的倒计时可再次取决于交流发电机和电力生成系统的特定特性在其中需要相对更少的确认样本的情形中是可适用的。)故障波纹周期可通过得到励磁绕组电压的谱密度来确定。
[0071]其他实施例实现一种方法，其包括在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组信号(电流或电压)进行取样(例如采用故障检测设备)，并且对取样的励磁绕组信号进行带通滤波(例如采用故障检测设备)。该方法还包括在带通滤波的励磁绕组信号的幅度超过故障阈值的情况下检测(例如采用故障检测设备)耦合到交流发电机的整流器的电子组件(例如二极管)的短路故障。可通过参照取样的交流发电机电枢频率对带通滤波器进行调谐，或者通过使用对交流发电机电枢频率的值的设计范围所设置的滤波器，或者通过基于驱动交流发电机的发动机的操作条件选择多个带通滤波器其中之一，来实现带通滤波。带通滤波可通过基于交流发电机的旋转速度选择多个带通滤波器其中之一来实现。故障阈值可基于驱动交流发电机的发动机或其他原动机的操作条件来设置。
[0072]其他实施例提供一种包括滞后频率计数器的设备，滞后频率计数器在操作上连接以对交流发电机励磁绕组信号(电压或电流信号)进行取样，并且基于励磁绕组电压的波纹超过故障阈值来输出指示故障波纹频率的值。该设备还包括频率比较器和倒计时定时器，其在操作上连接以由频率比较器来起动。频率比较器在操作上连接，以将故障波纹频率与交流发电机电枢频率进行比较，并且在故障波纹频率密切匹配电枢频率的情况下起动倒计时定时器。倒计时定时器配置成在故障波纹频率对于超过设计瞬变持续时间的时间密切匹配电枢频率(例如处于IHz频率差处或者之内)的情况下发信号通知短路故障。故障阈值可以是例如正常波纹幅度的至少500%或者正常波纹幅度的至少10000%。倒计时可以是交流发电机电枢周期的至少20倍和/或不超过交流发电机电枢周期的50倍。
[0073]在实施例中，故障检测器设备响应于到检测短路故障而配置成生成用于控制装置以将故障信息记录在存储器单元中的信号、生成用于控制其中设置交流发电机整流器的装置或系统(例如，自动控制其中设置交流发电机整流器的车辆，使车辆进入所指定操作模式，停止车辆，当停止时阻止车辆移动，自动或者以其他方式控制车辆移动到所指定位置，自动控制发电机以调低额定值或关断操作模式等)的信号、生成用于自动调度对交流发电机整流器的维护的信号和/或以其他方式生成用于将故障信息传递给另一个装置或系统(例如或者在其中设置交流发电机整流器的车辆上或者车辆外)的信号中的一个或多个。
[0074]在实施例中，一种方法包括在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组信号进行取样。该方法还包括确定交流发电机励磁绕组信号超过故障阈值的故障波纹周期。该方法还包括如果故障波纹周期与交流发电机电枢周期之间的差不超过所指定阈值(例如，在整个倒计时时间不超过所指定阈值)，则检测耦合到交流发电机的整流器的电子组件的短路故障。
[0075]在另一个实施例中，一种设备包括滞后频率计数器、倒计时定时器和频率比较器。滞后频率计数器在操作上连接以对交流发电机的励磁绕组信号进行取样，并且基于励磁绕组电压的波纹超过故障阈值来输出指示故障波纹频率的值。频率比较器在操作上连接，以将故障波纹频率与交流发电机电枢频率进行比较，并且在故障波纹频率和电枢频率之间的差不超过所指定阈值的情况下起动倒计时定时器。倒计时定时器在操作上连接以由频率比较器来起动，并且配置成在对倒计时时间(故障波纹频率与电枢频率之间的)差不超过所指定阈值的情况下发信号通知耦合到交流发电机的整流器的电子组件的短路故障。
[0076]在另一个实施例中，一种设备包括滞后频率比较器，其配置成:在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组信号进行取样;确定交流发电机励磁绕组信号超过故障阈值的故障波纹周期；以及在故障波纹周期密切匹配交流发电机电枢周期的情况下检测耦合到交流发电机的整流器的电子组件的短路故障。
[0077]在另一个实施例中，一种设备包括滞后频率比较器，其配置成:在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组信号进行取样;对取样的励磁绕组信号进行带通滤波；以及在带通滤波的励磁绕组电压的幅度超过故障阈值的情况下检测耦合到交流发电机的整流器的电子组件的短路故障。
[0078]在另一个实施例中，电力供应系统包括:原动机;交流发电机，其经耦合用于由原动机来驱动，以生成电力;整流器，耦合到交流发电机的输出，并且配置成将由交流发电机所输出的第一功率信号转换成不同的第二功率信号；一个或多个负载，经耦合以接收第二功率信号；以及故障检测设备，经耦合以接收与操作中的交流发电机有关的信息。整流器包括多个二极管和/或其他电子组件。故障检测设备配置成在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组信号进行取样。故障检测设备还配置成确定励磁绕组信号超过故障阈值的故障波纹周期，并且在故障波纹周期密切匹配交流发电机的电枢周期的情况下检测整流器的电子组件其中之一的短路故障。响应于检测短路故障，故障设备配置成生成信号以控制电力供应系统、其中设置电力供应系统的装置(例如车辆)或者某个其他装置。
[0079]在另一个实施例中，电力供应系统包括:原动机;交流发电机，其经耦合用于由原动机来驱动，以生成电力;整流器，耦合到交流发电机的输出，并且配置成将由交流发电机所输出的第一功率信号转换成不同的第二功率信号；一个或多个负载，经耦合以接收第二功率信号；以及故障检测设备，经耦合以接收与操作中的交流发电机有关的信息。整流器包括多个二极管和/或其他电子组件。故障检测设备配置成在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组信号进行取样。故障检测设备还配置成对取样的励磁绕组信号进行带通滤波，并且在带通滤波的励磁绕组信号的幅度超过故障阈值的情况下检测整流器的电子组件其中之一的短路故障。响应于检测到短路故障，故障设备配置成生成信号以控制电力供应系统、其中设置电力供应系统的装置(例如车辆)或者某个其他装置。
[0080]在另一个实施例中，电力供应系统包括:原动机;交流发电机，其经耦合用于由原动机来驱动，以生成电力;整流器，耦合到交流发电机的输出，并且配置成将由交流发电机所输出的第一功率信号转换成不同的第二功率信号；一个或多个负载，经耦合以接收第二功率信号；以及故障检测设备，经耦合以接收与操作中的交流发电机有关的信息。整流器包括多个二极管和/或其他电子组件。故障检测设备包括滞后频率计数器，其在操作上连接以对交流发电机的励磁绕组信号进行取样，并且基于励磁绕组信号的波纹超过故障阈值来输出指示故障波纹频率的值。故障检测设备还包括频率比较器和倒计时定时器，其在操作上连接以由频率比较器来起动。频率比较器在操作上连接，以将故障波纹频率与交流发电机电枢频率进行比较，并且在故障波纹频率密切匹配电枢频率的情况下起动倒计时定时器。倒计时定时器配置成在故障波纹频率对倒计时时间密切匹配电枢频率的情况下生成指示整流器的电子组件其中之一的短路故障的信号。电力供应系统可配置用于使信号被路由，以控制电力供应系统、其中设置电力供应系统的装置(例如车辆)或者某个其他装置。
[0081]在另一个实施例中，车辆包括前述电力供应系统、作为负载中的一个或多个耦合的一个或多个逆变器以及经连接以接收来自逆变器的电力的一个或多个牵引电动机(用于推进车辆的电动机)的实施例。响应于检测到短路故障而生成的信号被路由，以控制电力供应系统和/或车辆的移动。
[0082]要理解，以上描述意在是说明性而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可相互组合使用。另外，可做出许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的教导，而不会背离其范围。虽然本文中所描述的尺寸和类型意在定义本发明的参数，但是它们绝对不是限制性的，而是示范实施例。在审阅以上描述时，许多其他实施例将是本领域的技术人员显而易见的。因此，本发明的范围应当参照所附权利要求连同这样的权利要求涵盖的完整等效范围共同确定。在所附权利要求书中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通语言等效体。此外，在以下权利要求书中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“更高”、“更低”、“底部”、“顶部”等的术语只用作标号，而不是意在对其对象施加数字或位置要求。此外，以下权利要求书的限制并不是按照部件加功能格式编写的，并且不是意在基于35U.S.C.§112第六节来解释，除非并且直到这样的权利要求限制明确使用词语“用于…的部件”加上没有其他结构的功能的陈述。
[0083]本书面描述使用不例来公开包括最佳模式的本发明的若干实施例，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明的实施例，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则它们意在落入权利要求的范围之内。
[0084]如本文中所使用的、以单数形式陈述并且用数量词“一”或“一个”修饰的元件或步骤应当被理解为并不排除多个元件和步骤的情况，除非明确说明了这种排除情况。此外，本发明的“一个实施例”的引用并不是意在被解释为排除也结合了所陈述特征的附加实施例的存在。此外，除非相反的明确说明，否则，“包含”、“包括”或“具有”具有特定性质的元件或者多个元件的实施例可包括不具有那种性质的附加的这样的元件。
【主权项】
1.一种方法(300)，包括: 在交流发电机的操作期间确定(302)所述交流发电机的励磁绕组电压(220)超过故障阈值(230)的故障波纹周期(304);以及 在所述故障波纹周期密切匹配交流发电机电枢周期(308)的情况下检测(314)交流发电机整流器二极管短路故障。2.如权利要求1所述的方法，其中，仅当所述故障波纹周期在整个倒计时(312)密切匹配所述交流发电机电枢周期时才检测所述交流发电机整流器二极管短路故障。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述倒计时(312)是所述交流发电机电枢周期的至少20倍并且不超过所述交流发电机电枢周期的50倍。4.如权利要求1所述的方法，其中，如果所述故障波纹周期和所述交流发电机电枢周期之间的差不超过I Hz，则检测所述交流发电机整流器二极管短路故障。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述故障阈值是正常波纹幅度的至少500%，并且优选是正常波纹幅度的至少10000%。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述故障波纹周期通过得到所述励磁绕组电压的谱密度来确定。7.一种方法，包括: 在交流发电机的操作期间对交流发电机的励磁绕组电压(220)进行带通滤波；以及 在所述带通滤波的励磁绕组电压超过故障阈值(230)的情况下检测(314)交流发电机整流器二极管短路故障。8.如权利要求7所述的方法，其中，所述带通滤波通过参照取样的交流发电机电枢频率对带通滤波器进行调谐来实现。9.如权利要求7所述的方法，其中，所述带通滤波通过使用对交流发电机电枢频率的值的设计范围所设置的滤波器来实现。10.如权利要求7所述的方法，其中，所述带通滤波通过基于驱动所述交流发电机的原动机的操作条件选择多个带通滤波器其中之一来实现。
【文档编号】G01R31/02GK105891652SQ201610085683
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月15日
【发明人】R.维尔马, B.D.沃尔登
【申请人】通用电气公司