湯孝 高朝暉 郗展 王爽

摘要：航空三級式無刷發(fā)電機中旋轉(zhuǎn)整流器整流二極管的老化是發(fā)電機外特性退化的重要來源。本文選擇二極管正向?qū)▔航档淖兓鳛槠渲饕匣Ｊ?，對二極管老化和發(fā)電機外部特性參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性進行研究。采用Saber軟件搭建航空發(fā)電機老化模型，利用蒙特卡羅仿真功能，獲取大量發(fā)電機外部特性參數(shù)數(shù)據(jù)，從中篩選出與旋轉(zhuǎn)整流器二極管老化狀態(tài)存在較強關(guān)聯(lián)性的健康特征參數(shù)，用來表征發(fā)電機的健康狀態(tài)。本文還分析了不同工況條件對發(fā)電機健康特征參數(shù)與二極管老化關(guān)聯(lián)性的影響，表明在比較健康狀態(tài)參數(shù)變化時需保持相同的發(fā)電機工況。

關(guān)鍵詞：健康管理；航空發(fā)電機；二極管老化；蒙特卡羅仿真；Pearson相關(guān)系數(shù)

中圖分類號：TP206+.3；TM34文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.06.004

目前，大中型飛機主電源系統(tǒng)普遍采用的是三級式無刷交流發(fā)電機，其包括三個同步發(fā)電機和旋轉(zhuǎn)整流器，具有技術(shù)成熟的優(yōu)點[1]。旋轉(zhuǎn)整流器為三相全橋整流電路，其正常運行期間處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，部件多、故障率較高，且老化故障不易直接檢測[2]。對于航空三級發(fā)電機，如果能通過發(fā)電機外部可測關(guān)聯(lián)特征量對旋轉(zhuǎn)整流器早期老化特性進行分析判斷，對發(fā)電機潛在隱藏的故障進行早期預(yù)警，可極大提高飛機主電源系統(tǒng)運行的可靠性，避免事故發(fā)生，對飛機安全飛行意義重大[3]。

故障預(yù)測與健康管理（prognostics and health management， PHM）技術(shù)能夠監(jiān)控設(shè)備健康狀況、預(yù)測故障的發(fā)生，從而大幅提高設(shè)備運維效率。PHM方法主要分為基于模型（model-based）和數(shù)據(jù)驅(qū)動（data-driven）。基于模型的PHM方法需要建立對象系統(tǒng)可靠的物理模型或數(shù)學(xué)模型，深入研究對象系統(tǒng)的故障變化和發(fā)展的機理，不斷調(diào)整和修正模型；數(shù)據(jù)驅(qū)動的PHM方法采用機器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計分析算法將大量原始數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)正常/異常行為的相關(guān)信息和預(yù)測模型[4-5]。對于航空發(fā)電機這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，建立一個能夠描述系統(tǒng)中多個物理過程動態(tài)變化情況的數(shù)學(xué)模型是極其困難的，這是基于模型方法的瓶頸所在[6]。采用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的健康管理，該方法側(cè)重于歷史的數(shù)據(jù)信息，通用性較強，已經(jīng)成為了目前復(fù)雜工業(yè)過程監(jiān)測和運行狀態(tài)評價等相關(guān)領(lǐng)域的主流方法，并且還在進一步發(fā)展和完善。參考文獻[7]將基于灰色關(guān)聯(lián)度的故障特征自適應(yīng)提取方法應(yīng)用于航空發(fā)電機的勵磁電流信號，實現(xiàn)了航空發(fā)電機旋轉(zhuǎn)整流器中二極管的故障診斷。航空發(fā)電機的故障預(yù)測應(yīng)借鑒故障診斷的方法，不同之處在于故障診斷關(guān)注于發(fā)電機外特性參數(shù)變化的最終結(jié)果，而故障預(yù)測應(yīng)側(cè)重于發(fā)電機外特性參數(shù)變化的過程，通過機器學(xué)習(xí)相關(guān)算法對大量發(fā)電機外特性參數(shù)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘和對比分析，提取能夠表征發(fā)電機老化程度的健康特征參數(shù)，這是實現(xiàn)航空發(fā)電機的健康管理的基礎(chǔ)。

本文采用Saber軟件建立航空發(fā)電機仿真模型，通過設(shè)置模型中旋轉(zhuǎn)整流器整流二極管正向電壓的變化值來表征其不同的老化程度，基于軟件中提供的蒙特卡羅仿真分析功能，采用蒙特卡羅（Monte Carlo）方法獲取數(shù)據(jù)，其是一種采用隨機抽樣統(tǒng)計來估算結(jié)果的計算方法。蒙特卡羅方法的主要思想是在計算機上模擬實際概率過程，然后加以統(tǒng)計處理。在計算機上利用蒙特卡羅方法可以解決很多理論和應(yīng)用科學(xué)問題，在很大程度上代替許多大型的、難以實現(xiàn)的復(fù)雜試驗[8-9]。在獲取大量航空發(fā)電機外特性參數(shù)數(shù)據(jù)樣本之后，篩選出與旋轉(zhuǎn)整流器二極管老化狀態(tài)存在較強關(guān)聯(lián)性的健康特征參數(shù)，對其變化趨勢進行分析，用以評估發(fā)電機健康狀態(tài)。同時還分析了不同工況條件對發(fā)電機健康特征參數(shù)的影響，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

1發(fā)電機老化模型和仿真工況

航空發(fā)電機存在多種老化故障來源，機械方面有軸承磨損、轉(zhuǎn)子偏心等，電氣方面有旋轉(zhuǎn)整流器二極管老化、絕緣老化等。發(fā)電機內(nèi)部電路中包含大量電力電子器件，半導(dǎo)體器件抗干擾、抗過載能力較差，而發(fā)電機的機械結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定可靠，同時，根據(jù)相關(guān)航空電源生產(chǎn)廠家長期試驗的結(jié)果和參考文獻[10]～文獻[12]給出的相關(guān)研究和分析，航空發(fā)電機外特性退化其中一個重要來源為旋轉(zhuǎn)整流器中整流二極管的老化故障，所以本文僅關(guān)注由旋轉(zhuǎn)整流器中整流二極管老化引起的發(fā)電機外特性退化的特征。旋轉(zhuǎn)整流器中二極管的工作環(huán)境惡劣，在熱應(yīng)力和電應(yīng)力的雙重作用下容易老化發(fā)生故障。在瞬態(tài)過電流應(yīng)力環(huán)境下，由于大量熱量的注入導(dǎo)致焊錫熔化，其可能發(fā)生短路和斷路故障[13]；二極管的正向電壓值隨老化時間呈現(xiàn)出緩慢上升趨勢[14]。本文選擇正向電壓作為二極管的老化參數(shù)，其變化直接影響旋轉(zhuǎn)整流器的輸出電壓，從而影響發(fā)電機的輸出外特性，需要及時并有效地進行老化檢測。

1.1發(fā)電機模型和器件等效模型

本文搭建的發(fā)電機模型主要由三級無刷式交流發(fā)電機、模擬式電壓調(diào)節(jié)器（generator control unit， GCU）和負(fù)載部分構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)組成圖如圖1所示。在Saber搭建的發(fā)電機模型中，永磁機、勵磁機和主發(fā)電機采用數(shù)學(xué)模型，GCU、旋轉(zhuǎn)整流器和負(fù)載部分等采用電路模型。其中，旋轉(zhuǎn)整流器采用三相全橋整流電路，該電路中每個二極管都采用包含直流電壓源的等效模型來代替，等效模型中直流電壓源的電壓值直接體現(xiàn)為二極管的正向電壓。

Saber仿真軟件內(nèi)置的蒙特卡羅仿真功能能夠?qū)崿F(xiàn)單組自動多次不同參數(shù)值循環(huán)仿真，每組仿真前需要改變整流二極管等效模型中直流電壓源的電壓，即正向電壓值，賦值方式采用分布函數(shù)。因為三級無刷發(fā)電機旋轉(zhuǎn)整流器中包含上下橋臂總6支整流二極管，所以，單次蒙特卡羅仿真需要分別對6個整流二極管等效模型中直流電壓源的電壓值進行賦值。

1.2二極管正向電壓值老化范圍

某型號整流二極管的正向電壓均值為1.8V左右。為了模擬航空發(fā)電機的老化過程，參考文獻[14]中給出的大功率發(fā)光二極管正向電壓值隨時間所呈現(xiàn)的老化趨勢和程度，擬定二極管正向電壓VF參數(shù)值，其中，二極管正向電壓VF擬給定4組不同的均勻分布“uniform（a， b）”函數(shù)，分別代表不同老化程度，見表1。在對Saber模型進行蒙特卡羅分析之前，需要使用特定分布函數(shù)對選中的參數(shù)進行賦值，本文采用均勻分布“uniform（a， b）”對正向電壓VF進行賦值，這樣，正向電壓的取值就均勻分布在以a為中心值、b為變化比率的范圍內(nèi)。

1.3發(fā)電機外特性參數(shù)和仿真工況

對于航空發(fā)電機內(nèi)部的老化與故障，并不能直接對其內(nèi)部的主要故障部件進行參數(shù)測量和故障診斷，只能通過可測量的外部特性參數(shù)來進行老化預(yù)測或者故障診斷。根據(jù)發(fā)電機實際結(jié)構(gòu)和分析需要，可以選擇的外特性參數(shù)有：主發(fā)電機的三相電壓電流有效值、直流分量和交流畸變系數(shù)，勵磁機的勵磁電壓電流的平均值和直流畸變系數(shù)[15-16]，由于與頻率相關(guān)的供電特性參數(shù)主要由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和電機極對數(shù)確定，與發(fā)電機內(nèi)部整流二極管老化無關(guān)，所以沒有選擇頻率相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)擬定的4組二極管正向電壓老化值設(shè)置相關(guān)模型參數(shù)并進行多組Saber蒙特卡羅分析仿真。鑒于發(fā)電機工況可能會對發(fā)電機外特性參數(shù)產(chǎn)生影響，所以，本研究分別進行了不同輸出視在功率So、不同功率因數(shù)λ和不同輸出電流交流畸變系數(shù)df情況下的發(fā)電機模型仿真。在線性阻感負(fù)載情況下的工況設(shè)置見表2，其中，表2中的SN為航空發(fā)電機的額定輸出視在功率，通過改變負(fù)載的電阻值和電感值實現(xiàn)不同的輸出視在功率和功率因數(shù)。

在非線性負(fù)載情況下的工況設(shè)置見表3，通過添加全橋整流器負(fù)載或高次電流諧波，實現(xiàn)主發(fā)電機三相輸出電流交流畸變系數(shù)df的改變，其中，第2～4組相近的輸出電流df是通過整流器負(fù)載或不同諧波分量實現(xiàn)的，第5組和第6組、第7組和第8組相同的輸出電流df是通過不同諧波分量實現(xiàn)的。

2發(fā)電機健康特征參數(shù)的確定

2.1發(fā)電機健康特征參數(shù)的篩選

本文分別從主發(fā)輸出電壓電流波形和勵磁機勵磁電壓電流波形中提取相關(guān)穩(wěn)態(tài)外特性參數(shù)，并通過對比分析各外特性參數(shù)變化趨勢，從中篩選出能有效地表征發(fā)電機老化過程（健康狀態(tài)）的健康特征參數(shù)。

2.1.1主發(fā)電機的外特性參數(shù)

圖2中給出了在整流二極管正向電壓分別處于表1所示的4組不同老化值時，與主發(fā)電機三相輸出電壓電流相關(guān)的各穩(wěn)態(tài)外特性參數(shù)數(shù)據(jù)均值點的變化曲線圖，包含輸出電壓電流有效值Vrms和Irms、輸出電壓電流直流分量Vdc和Idc、輸出電壓電流交流畸變系數(shù)df。此時工況為發(fā)電機處于滿載，功率因數(shù)為0.75。圖2中的顯示的數(shù)據(jù)點都是每組仿真數(shù)據(jù)樣本的均值點。

根據(jù)圖2可知，對于主發(fā)電機三相電壓電流的有效值來說，其相對變化程度太小，二極管正向電壓均值在1.8～ 3.4V范圍之間所對應(yīng)的電壓有效值變化差值小于0.05V，同時電流有效值變化差值小于0.2A，實際測量環(huán)境中的干擾噪聲可能影響真實有效值變化差值的辨別，而且，輸出電壓和電流的有效值分別主要與電壓調(diào)節(jié)器（GCU）和負(fù)載阻抗相關(guān)，所以，有效值不適用于表征發(fā)電機的健康狀態(tài)；對于主發(fā)電機三相電壓電流的直流分量來說，其變化也不明顯，而且電壓直流分量4個數(shù)據(jù)點的絕對值都小于0.15mV，電流的直流分量4個數(shù)據(jù)點的絕對值都小于0.05mA，實際測量環(huán)境中的干擾噪聲可能對直流分量值的測量有極大干擾，無法獲取其準(zhǔn)確值；對于A相電壓電流的交流畸變來說，各數(shù)據(jù)點交流畸變系數(shù)值都小于0.1%，環(huán)境中的干擾噪聲和快速傅里葉算法本身的泄露誤差都將較為嚴(yán)重地影響電壓和電流交流畸變系數(shù)測量計算的準(zhǔn)確性，而且，線性負(fù)載條件下的輸出電壓電流波形基本沒有畸變。綜上，與主發(fā)電機輸出電壓電流相關(guān)的穩(wěn)態(tài)外特性參數(shù)都不適用于表征發(fā)電機的健康狀態(tài)。

2.1.2勵磁機的外特性參數(shù)

在對勵磁機的勵磁電壓和勵磁電流外特性參數(shù)進行老化數(shù)據(jù)對比研究時，增加了每組數(shù)據(jù)集的箱形圖，用于反映數(shù)據(jù)集的分布特性。

圖3中給出了在整流二極管正向電壓分別處于4組老化值范圍、發(fā)電機處于滿載，功率因數(shù)為0.75工況條件下與勵磁機的勵磁電壓電流相關(guān)的穩(wěn)態(tài)外特性參數(shù)數(shù)據(jù)樣本的均值點和箱形圖。

從圖3可知，對于勵磁電壓電流平均值、勵磁電壓電流直流畸變系數(shù)這4個參數(shù)來說，它們的變化趨勢都較明顯且單調(diào)。其中，勵磁電流和勵磁電壓平均值的分布比較集中，勵磁電流直流畸變系數(shù)的分布較分散，勵磁電壓直流畸變系數(shù)的異常值較多。勵磁電壓電流相關(guān)的外特性參數(shù)變化明顯，可以用來作為表征發(fā)電機老化的健康特征參數(shù)。

2.2健康特征參數(shù)中冗余參數(shù)的剔除

2.1節(jié)所述的4種勵磁外特性參數(shù)之間可能存在冗余變量，它們在反映航空發(fā)電機健康狀態(tài)時的作用基本相同，如果同時考慮這些參數(shù)，將會增加健康管理模型的復(fù)雜度和計算量。因此，所以為了精簡老化數(shù)據(jù)集，需要對上述發(fā)電機健康特征參數(shù)進行兩個參數(shù)之間相關(guān)度的研究，以下引入Pearson相關(guān)系數(shù)。

由于勵磁電流平均值的分布最為集中且變化明顯，所以現(xiàn)采用勵磁電流平均值為基準(zhǔn)，分析其和其他三個參數(shù)在不同正向電壓老化值條件下的Pearson相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如圖4所示。

由圖4中給出的各相關(guān)系數(shù)值可知，勵磁電流平均值和勵磁電壓平均值、勵磁電流直流畸變系數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)平均值均小于0.4，它們之間的線性相關(guān)性較弱。為了縮減數(shù)據(jù)集的維度，同時減少未來階段相應(yīng)機器學(xué)習(xí)算法數(shù)據(jù)處理的工作量，本文選擇勵磁電流平均值、勵磁電壓平均值或勵磁電流直流畸變系數(shù)三者中最不相關(guān)的兩個參數(shù)作為表征發(fā)電機健康狀態(tài)的健康特征參數(shù)，并剔除勵磁電壓直流畸變系數(shù)這一冗余參數(shù)。

3發(fā)電機工況變化對外特征參數(shù)的影響

上文對旋轉(zhuǎn)整流器二極管參數(shù)老化對發(fā)電機外特性參數(shù)的影響進行研究。但是，發(fā)電機正常工況的變化同樣也會引起外特性參數(shù)發(fā)生變化，因此在對發(fā)電機老化狀態(tài)進行預(yù)判時，必須排除因工況變化引起的健康特征參數(shù)的變化導(dǎo)致的對發(fā)電機老化預(yù)判的影響。接下來，將研究工況和負(fù)載類型對勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值這兩個參數(shù)的影響，以便排除工況和負(fù)載類型對旋轉(zhuǎn)整流器整流二極管老化程度判斷的影響。

在線性負(fù)載或非線性負(fù)載條件下，航空發(fā)電機的工況（輸出視在功率So、功率因數(shù)λ、輸出電流交流畸變系數(shù)）將對上述發(fā)電機健康特征參數(shù)值（勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值）產(chǎn)生影響，因此，下文研究負(fù)載情況、功率因數(shù)、輸出電流交流畸變對勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值的影響趨勢和程度。

3.1輸出視在功率對健康特征參數(shù)的影響

圖5中給出了航空發(fā)電機處于相同功率因數(shù)0.75、So分別占額定功率的10%、50%（半載）和100%（滿載）工況下，勵磁機勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值4組數(shù)據(jù)集均值點的老化曲線。

由圖5中曲線對比可知，在線性負(fù)載條件下，當(dāng)發(fā)電機的功率因數(shù)相同時，不同So所對應(yīng)的健康特征參數(shù)均值點曲線之間發(fā)生平移。對于二極管4組取值范圍，當(dāng)So上升，勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值的4個均值點都有較大幅度地上升，該現(xiàn)象可以利用主發(fā)電機的電樞反應(yīng)來解釋。隨著So的增大，主發(fā)電機電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)也隨之增強，所以，勵磁機需要更高的勵磁電壓和勵磁電流來抵消主發(fā)的去磁作用。當(dāng)λ處于1.00、0.50和0.30時，So對勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值的影響與圖5相同，本文不再贅述。

3.2功率因數(shù)對健康特征參數(shù)的影響

圖6中給出了航空發(fā)電機在So為滿載（100%額定功率）、功率因數(shù)分別為1.00、0.75、0.50和0.30工況下，其勵磁機勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值數(shù)據(jù)集均值點的8條老化曲線。

從圖6中不同功率因數(shù)對應(yīng)的特征參數(shù)均值點老化曲線對比可知，當(dāng)發(fā)電機的So都為滿載時，隨著λ的增大，勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值的均值點都逐漸下降，這是因為隨著功率因數(shù)的增大，主發(fā)電機勵磁磁動勢與電樞磁動勢的夾角減小并趨于90°，這時，電樞磁動勢的直軸分量下降，去磁效應(yīng)減弱，所以，勵磁機的勵磁電壓電流都隨之相繼下降。當(dāng)So處于50%SN、10%SN時，λ對勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值的影響與圖6相同，本文不再贅述。

綜上兩種工況（輸出視在功率、功率因數(shù)）的影響，如果不確定發(fā)電機的工況，則無法單獨依靠上述健康特征參數(shù)來估計發(fā)電機的老化程度。在采用勵磁電壓和勵磁電流平均值作為表征發(fā)電機健康狀態(tài)的健康特征參數(shù)時，必須考慮輸出視在功率So和輸出電壓電流波形的功率因數(shù)λ對這兩種健康特征參數(shù)的影響。

3.3電流畸變對發(fā)電機外特征參數(shù)的影響

為了研究非線性負(fù)載對勵磁電流平均值和勵磁電壓平均值的影響，在原有線性阻感負(fù)載的條件下，再并聯(lián)三相全橋整流器或者三相受控電流源，以提高輸出電流的交流畸變系數(shù)df。其中，受控電流源的頻率分別設(shè)置成基波頻率（400Hz）的兩倍和三倍，即在干路電流中添加基波電流的二次諧波和三次諧波。

通過一系列參數(shù)計算和仿真驗證，確定了9組不同的負(fù)載參數(shù)，這9組負(fù)載對應(yīng)相同的輸出視在功率So=100%SN和相同的功率因數(shù)0.75，區(qū)別在于輸出電流的交流畸變系數(shù)和畸變形狀不盡相同，圖7給出了這9組負(fù)載對應(yīng)的輸出電流波形。

從圖7中可以看出，第3～5組輸出電流的交流畸變系數(shù)都處于17.8%附近，其中第3組對應(yīng)三相全橋整流器負(fù)載，第4組只包含基波和三次諧波，第5組只包含基波和二次諧波，這三組輸出電流波形所包含的諧波成分各異，所以畸變形狀各不相同。同樣地，還有第6、7組電流波形和第8、9組輸出電流的交流畸變系數(shù)分別為29.5%和45.8%。交流畸變系數(shù)相同的電流波形用作對照組，以說明在輸出電流交流畸變系數(shù)df相同的情況下，電流交流畸變形狀的不同是否會影響勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值。

接下來，對這9組包含不同的負(fù)載參數(shù)的發(fā)電機模型進行不同二極管正向電壓老化值（4組范圍）的蒙特卡羅分析仿真，所得到的9條勵磁電壓平均值均值點曲線和9條勵磁電流平均值均值點曲線分別如圖8和圖9所示。

從圖8和圖9中曲線的對比可知，在So和λ都相同的條件下，隨著輸出電流交流畸變系數(shù)df的增大，勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值的均值點在4組二極管正向電壓老化范圍內(nèi)都呈現(xiàn)明顯下降趨勢，這也可以利用主發(fā)電機的電樞反應(yīng)說明。當(dāng)主發(fā)的輸出電流交流畸變系數(shù)df增大，在So不變的條件下，輸出電流波形中基波的占比下降，其幅值也逐漸下降，這導(dǎo)致主發(fā)基波產(chǎn)生的電樞磁動勢減少，而高次電流諧波所產(chǎn)生的高次諧波電樞磁動勢在一個基波周期范圍內(nèi)既有增磁又有去磁，并且增磁作用和去磁作用相互抵消，因此主發(fā)電機整體的去磁效應(yīng)隨之逐漸減弱，維持主發(fā)原有輸出電壓值所需的勵磁機勵磁電壓和勵磁電流都相繼下降。

同時，圖8和圖9中的9條曲線所對應(yīng)的So和λ都保持一致，對于其中輸出電流交流畸變系數(shù)df相同或近似的曲線，在二極管正向電壓4組取值范圍，其勵磁電壓平均值和勵磁電流平均值均值點都非常接近。這是因為此時電流波形中基波的幅值并沒有明顯改變（So相同，交流畸變系數(shù)可以表示基波的占比），去磁作用不變，所以勵磁機勵磁電壓平均值和勵磁電流平均也不會有明顯變化。

從上述研究可以看出，輸出視在功率So、功率因數(shù)λ和輸出電流交流畸變系數(shù)df等工況條件的變化將對勵磁電壓、電流各發(fā)電機健康特征參數(shù)產(chǎn)生明顯影響，因此，在利用這些健康特征參數(shù)對發(fā)電機老化進行預(yù)判估計時，一定要排除因工況引起的健康特征參數(shù)的變化。

4結(jié)束語

對于復(fù)雜系統(tǒng)，數(shù)據(jù)驅(qū)動的PHM方法依賴于系統(tǒng)老化的歷史外特性參數(shù)數(shù)據(jù)。本文分析了航空發(fā)電機結(jié)構(gòu)中最易出現(xiàn)故障的部件為旋轉(zhuǎn)整流器中的二極管，并選擇二極管正向?qū)▔航档淖兓鳛槠渲饕匣Ｊ?。采用Saber軟件搭建了航空發(fā)電機及其部件的老化模型，利用軟件內(nèi)置的蒙特卡羅分析功能，采集處理了發(fā)電機處于各種工況條件下大量的仿真波形數(shù)據(jù)結(jié)果，并從數(shù)據(jù)中篩選出了可用于表征發(fā)電機健康狀態(tài)的健康特征參數(shù)：勵磁機的勵磁電壓和電流平均值。這都為后續(xù)航空發(fā)電機健康管理提供了研究基礎(chǔ)和方向。最后，進一步研究分析了輸出視在功率So、功率因數(shù)λ和輸出電流交流畸變系數(shù)df等工況條件對所選健康特征參數(shù)的影響。So與勵磁電壓電流平均值呈正相關(guān)關(guān)系，而λ和df與勵磁電壓電流平均值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

本文只考慮了航空發(fā)電機中旋轉(zhuǎn)整流器的二極管的老化，發(fā)電機內(nèi)部其他部件的老化也可能引起健康特征參數(shù)相同的變化，后續(xù)研究有必要針對不同部件同時老化進行解耦；而且本文只給出了健康特征參數(shù)隨二極管老化的變化趨勢，兩者之間的定量關(guān)系也需要未來進一步探究；同時，由于工況的影響，分析健康特征參數(shù)的變化時需要保持相同的發(fā)電機工況條件，以排除因工況改變引起的對健康特征參數(shù)的影響。

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（責(zé)任編輯王為）

Analysis on Health Characteristic Parameters and Aging Mode of Aerospace Generator

Tang Xiao，Gao Zhaohui，Xi Zhan，Wang Shuang

Northwestern Polytechnical University，Xian 710129，China

Abstract： The aging of the rectifier diodes in the rotating rectifier is an important cause for the degradation in the aerospace three-stage brushless generator. In this study， changes in the forward voltage value of the diodes are selected as the main aging mode， and the correlation between diodes aging and external parameters is studied. The aging model of the generator is built in Saber， and the Monte Carlo simulation is used to produce a large amount of external parameters data-set of the generator. The external characteristic parameters strongly correlated with aging status of the diodes are extracted from the data-set， which represent the generators health status. The study also analyzes the influence of different operating conditions on the correlation between the characteristic parameters and the aging of diodes， which indicates that generator operating conditions need to be kept the same when comparing changes in characteristic parameters.

Key Words： health management； aerospace generator； diode aging； Monte Carlo simulation； Pearson correlation coefficient