一种六相整流发电机整流桥工作过程的分析方法

摘要

本发明属于六相整流发电机的分析技术领域，涉及一种六相整流发电机整流桥工作过程的分析方法，适用于正常和故障两种工况，应用于两桥及多桥整流系统，针对每个时刻点，通过分别比较同一整流桥上、下桥臂整流元件的电压大小判断上、下桥臂整流元件的导通情况，再根据流经整流元件的电流的正负判断各整流元件的关断情况，最后运用变拓扑结构下的电路网络进行运行性能的分析计算，得到一段时间内整流桥工作状态的变化过程，其设计原理科学可靠，方法简单，通用性强，运用灵便，分析效率高，应用效果好。

说明书

技术领域：

本发明属于六相整流发电机的分析技术领域，涉及一种六相整流发电机整流桥工作过程的分析方法，适用于正常和故障两种工况，应用于两桥及多桥整流系统。

背景技术：

六相整流发电机的运行过程包括正常和故障两种工况，在其运行过程中，整流元件通断状态的变化能够引起系统电路网络拓扑结构的改变，随着多相整流发电机、尤其是六相整流发电机在航天、航海等军工领域的推广应用，判断整流元件通断状态的变化过程对于研究六相整流发电机系统具有重要意义，在现有技术中，传统的分析方法通过比较整流桥线电压大小成对判断上、下桥臂整流元件导通情况，并根据流经整流元件的电流判断整流元件关断情况，此方法可用于六相整流发电机正常工况运行过程，而故障工况运行过程中六相整流发电机的整流桥拓扑结构复杂多变，该方法并不适用。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出一种六相整流发电机整流桥工作过程的分析方法，针对每个时刻点，通过分别比较同一整流桥上、下桥臂整流元件的电压大小判断上、下桥臂整流元件的导通情况，再根据流经整流元件的电流正负判断各整流元件的关断情况，最后运用变拓扑结构下的电路网络进行运行性能的分析计算，得到一段时间内整流桥工作状态的变化过程。

为实现上述目的，本发明所采用的分析方法包括以下工艺步骤：

(1)先确定六相整流发电机中整流系统的所有正常回路和故障回路；

(2)再列出六相整流发电机正常工作时的开路矩阵、短路矩阵和整流元件导通状态矩阵，若三相整流桥中整流元件出现开路故障，则改写开路矩阵中相应的元素；若三相整流桥中整流元件出现短路故障，则改写短路矩阵中相应的元素；

(3)依次判断两个整流桥中整流元件的导通情况，选择上一时刻为起始时刻，若上一时刻同一整流桥中无整流元件导通，则比较同一整流桥中各线电压的大小，结合开路矩阵判断整流元件的导通情况；若上一时刻同一整流桥中有整流元件导通，则分别比较上、下半桥整流元件端电压的大小，结合开路矩阵判断整流元件的导通情况，并改写整流元件导通状态矩阵中的相应元素；

(4)根据上一时刻流经各整流元件的电流的正负，结合短路矩阵判断各整流元件的关断情况，改写整流元件导通状态矩阵中的相应元素；

(5)根据短路矩阵和当前时刻的整流元件导通状态矩阵，得出整流桥的导通回路；

(6)根据当前时刻整流元件导通状态矩阵判断整流桥上、下桥臂的直通状况，直通时直流侧负载阻抗为零，非直通时直流侧负载阻抗为实际值；

(7)根据步骤(5)得到的导通回路和步骤(6)得到的负载阻抗，结合整流系统中其他已知量得出整流桥的支路电压和支路电流；

(8)选择当前时刻为非结束时刻，回到步骤(3)继续进行下一时刻的分析，选择当前时刻为结束时刻，分析过程结束，实现对六相整流发电机整流桥工作过程的分析。

本发明针对每个时刻点，当整流系统的拓扑结构与开路矩阵、短路矩阵、整流桥状态矩阵以及相关参数均已知时，通过电路分析方法得出整流桥的交流侧电压、电流与直流侧电压、电流等电气量；通过选择分析过程的起始时刻、结束时刻以及合适的求解步长，得到六相发电机整流系统在这段时间内运行情况。

本发明与现有技术相比，适用于正常和故障两种运行工况，包含整流元件发生故障时，整流元件开路时原有正常回路不能全部正常导通，整流元件短路时只有上、下半桥的整流元件导通，上、下桥臂直通时直流侧负载被短路等多种情况，并适用于两桥及多桥整流系统；其设计原理科学可靠，方法简单，通用性强，运用灵便，分析效率高，应用效果好。

附图说明：

图1为本发明涉及的六相整流发电机的整流桥的连接结构原理示意图。

图2为图1中左侧整流桥的拓扑结构图，其中，二极管所在1-6支路用虚线表示，相应二极管的编号分别与支路编号一致，①和②分别表示1条正常回路和1条故障回路。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例：

本实施例涉及的六相整流发电机包含两个三相不可控整流桥，如图1所示，左侧整流桥为第1个整流桥，右侧整流桥为第2个整流桥，整流元件均为二极管，发电机的六相绕组为两个中性点相互独立的三相绕组，两个三相绕组分别为a₁、b₁、c₁和a₂、b₂、c₂，中性点分别为O₁、O₂，两个整流桥的交流侧分别与两个三相绕组相连接，直流侧并联向负载供电；设第k(k＝1,2)个整流桥的交流侧相电压u_ak、u_bk、u_ck分别为u_3(k-1)+1、u_3(k-1)+2、u_3(k-1)+3，第k(k＝1,2)个整流桥的第j(j＝1,2,3,4,5,6)个二极管D_6(k-1)+j的电压分别为u_D6(k-1)+j，第k(k＝1,2)个整流桥的 第j(j＝1,2,3,4,5,6)个二极管D_6(k-1)+j的电流分别为i_D6(k-1)+j；

本实施例涉及的分析方法的具体工艺步骤为：

(1)先列出图2中整流桥的全部回路，其中，6个正常回路和6个故障回路，故障回路在二极管短路时存在，与6个正常回路相关联的二极管所在支路编号分别为1与5、1与6、2与4、2与6、3与4、3与5，与6个故障回路相关联的二极管所在支路编号分别为1与2、1与3、2与3、4与5、4与6、5与6；

(2)再列出二极管的开路矩阵为C、短路矩阵为S，C和S均为1×12的矩阵，各矩阵中元素编号与图1中二极管的编号一致，C中的开路故障二极管为0，否则为1，S中的短路故障二极管为1，否则为0，C中的第j个元素为c_j(j＝1,2…12)，S中的第j个元素为s_j(j＝1,2…12)，当D₁发生开路故障且D₈同时发生短路故障时，表示为：C＝[0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1]，S＝[0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0]；

整流桥状态矩阵为D，D为1×12的矩阵，矩阵中元素编号与图1中二极管的编号一致，导通或短路的二极管在D中为1，关断或开路的二极管在D中为0，D中的第j个元素为d_j(j＝1,2…12)，D在0时刻初始状态为S，依据二极管状态的变化对应改写D中的相应元素；

(3)依次判断第k(k＝1,2)个整流桥二极管的导通情况，当上一时刻第k个整流桥的6个二极管均未导通，依据a进行判断，否则依据b进行判断：

a.根据上一时刻整流桥的交流侧相电压U和直流侧电压U_dc，并结合二极管开路故障矩阵C得到第k(k＝1,2)个整流桥的二极管电压矩阵U_Dk(k＝1,2)，U_Dk为3×3矩阵，U_Dk中的第m行第n个元素为u_Dkmn(m,n＝1,2,3)，u_Dkmn为相电压u_3(k-1)+m、u_3(k-1)+n共同作用下二极管D_6(k-1)+m、D_6(k-1)+n+3的电压，两个二极管的电压相同都等于u_Dkmn，表示为：

$u_{Dkmn}=\left(\begin{array}{cc}0& m=n\\ \frac{1}{2}[u_{3(k-1)+m}-u_{3(k-1)+n}-U_{dc}]c_{6(k-1)+m}{c}_{6(k-1)+n+3}& m\ne n\end{array}\right)$

当k＝2，m＝2，n＝1时，根据上一时刻整流桥的交流侧b₂、a₂的相电压u₅、u₄和直流侧电压U_dc，并结合二极管开路故障状态c₈、c₁₀，得出u₅、u₄共同作用下二极管D₈、D₁₀的电压u_D221，令u_DMk＝max(U_Dk)，即u_DMk取矩阵U_Dk所有元素的最大值，当u_DMk＝u_Dkmn>0.7V，对应的两个二极管D_6(k-1)+m、D_6(k-1)+n+3导通，同桥其余二极管的导通状态不变，D中元素d_6(k-1)+m、d_6(k-1)+n+3为1，其余元素不变，即当u_DM2＝u_D221>0.7V，与u_D221对应的二极管D₈、D₁₀导通，d₈＝1、d₁₀＝1；

b.通过第k(k＝1,2)个整流桥中任意一个导通二极管支路，得出上一时刻R_dc两端相对于 中性点O_k(k＝1,2)的电压u_Uk和u_Lk，当上桥臂有二极管导通，如D₁导通，则u_U1＝u₁-0.7V，u_L1＝u_U1-U_dc，当上桥臂无二极管导通，则依据下桥臂导通二极管进行计算，如D₆导通，则u_L1＝u₃+0.7V，u_U1＝u_L1+U_dc，根据上一时刻整流桥交流侧相电压U和二极管开路矩阵C分别得到上、下桥臂的二极管电压矩阵U_DUk和U_DLk，U_DUk和U_DLk均为1×3矩阵，U_DUk中第m(m＝1,2,3)个元素为u_DUkm，U_DLk中第n(n＝1,2,3)个元素为u_DLkn，u_DUkm和u_DLkn分别为相电压二极管D_6(k-1)+m、D_6(k-1)+n+3电压，表示为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{DUkm}=[u_{3(k-1)+m}-u_{Uk}]c_{6(k-1)+m}\\ u_{DLkn}=[u_{Lk}-u_{3(k-1)+n}]c_{6(k-1)+n+3}\end{array}\right)$

当k＝2，m＝2，n＝1时，根据上一时刻整流桥的交流侧b₂和a₂的相电压为u₅和u₄，直流侧电压为u_U2和u_L2，并结合二极管开路状态c₈和c₁₀，分别得二极管D₈和D₁₀的电压为u_DU22和u_DL21，令u_DUMk＝max(U_DUk)，u_DLMk＝max(U_DLk)，对u_DUMk和u_DLMk分别进行判断，当u_DUMk＝u_DUkm>0.7V时，第k个整流桥上桥臂二极管D_6(k-1)+m导通，上半桥的其余二极管的导通状态不变，当u_DLMk＝u_DLkn>0.7V时，第k个整流桥下桥臂二极管D_6(k-1)+n+3导通，下半桥的其余二极管的导通状态不变，D中元素d_6(k-1)+m、d_6(k-1)+n+3为1，其余元素不变，如u_DUM2＝u_DU22>0.7V，u_DLM2＝u_DL21≤0.7V时，D₈导通，D₁₀的状态同上一时刻，令d₈＝1、d₁₀的值不变；

(4)接着判断两个整流桥所有二极管的关断情况，上一时刻第k(k＝1,2)个整流桥的二极管D_6(k-1)+j(j＝1,2,3,4,5,6)的支路电流i_D6(k-1)+j＜0，二极管D_6(k-1)+j关断，但短路二极管仍导通，如上一时刻i_D6＜0，则d₆＝s₆；

(5)根据二极管短路矩阵S和当前时刻状态矩阵D确定整流系统的实际导通回路，D＝[1,0,0,0,0,1,0,1,1,1,0,0]，S＝[0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0]，存在的回路有4条，与之相关联的二极管编号分别为1与6、8与10、9与10、8与9，其中，前3条为正常回路，第4条为故障回路；

(6)根据二极管当前时刻的状态矩阵D，判断各整流桥中有无上、下桥臂直通的现象，任一整流桥中出现上、下桥臂直通时整流桥直流侧负载阻抗均为0，否则负载阻抗为实际值，如D＝[0,1,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0]，第二个整流桥出现上、下桥臂直通，R_dc＝0；

(7)根据步骤(5)得到的导通回路和步骤(6)得到的负载阻抗R_dc，并结合整流桥的交流侧其他支路列写整个系统的网络方程，得出当前时刻整流系统中各支路的电压和电流；

(8)选择当前时刻为非结束时刻，回到步骤(3)继续进行下一时刻的分析，直到选择当前时刻为结束时刻，分析过程结束，实现了对六相整流发电机整流桥工作过程的分析。