專利名稱：一種開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路故障診斷方法，尤其是一種基于直流母線濾波電容電壓脈動(dòng)的適用于各種相數(shù)、各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器 主電路的故障診斷。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路中的功率半導(dǎo)體元器件是最易發(fā)生故障的薄弱 環(huán)節(jié)，故障多表現(xiàn)為功率管的開路或直通短路。潮濕、多塵的工作環(huán)境也將增加變換器主 電路的故障率。及時(shí)準(zhǔn)確的故障診斷可以阻止故障的擴(kuò)大，減小故障引起的損失。傳統(tǒng)的 開關(guān)變換器主電路故障診斷方法需要測試節(jié)點(diǎn)多，抗干擾性差，同時(shí)增加了硬件成本和系 統(tǒng)復(fù)雜度。交流電源經(jīng)整流橋整流后輸出脈動(dòng)的直流電壓，需由電容濾成波動(dòng)較平緩的直 流電壓，但濾波電容電壓脈動(dòng)明顯。通過提取直流母線濾波電容電壓信號特征實(shí)現(xiàn)對功率 開關(guān)管故障識別，此方法對于系統(tǒng)的整體保護(hù)很有效，且減少了傳感器需求，對降低檢測成 本，優(yōu)化診斷系統(tǒng)很有意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種基于直流母線濾波電容電 壓脈動(dòng)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路故障診斷方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的檢測開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容C的電壓U1 (η)瞬態(tài)值； 由公式
計(jì)算出直流母線濾波電容電壓的序列方差Var，式中，
N為正整數(shù)；再由公式
計(jì)算出直流母線濾波電容電
壓的功率譜熵P，作為故障特征量，式中，
)為直流母線濾
波電容電壓的功率譜，N為正整數(shù)；得到整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路 的直流母線濾波電容電壓的序列方差Var曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線；將開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓的序列方差Var和功 率譜熵P作為故障特征量，來診斷功率變換器的主電路是否有故障；當(dāng)整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母線濾波電容電壓的 序列方差Var曲線的數(shù)值低于1. 5伏2和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù)值低 于0. 25時(shí)，屬正常運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母線濾波電容電壓的 序列方差Var曲線的數(shù)值比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大8. 0伏2以上、直流母線濾波電容電壓功 率譜熵P曲線的數(shù)值比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大0. 1以上時(shí)，屬功率變換器主電路上管短路狀態(tài)；當(dāng)在高速區(qū)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓的序列方差Var曲線的數(shù)值比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大1.0伏2以上、直流母線濾波電容電壓功率譜熵P 曲線的數(shù)值均比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大0. 025以上時(shí)，屬功率變換器主電路下管短路狀態(tài)；當(dāng)整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母線濾波電容電壓的 序列方差Var曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù)值均比正常運(yùn)行狀態(tài)下的 曲線的數(shù)值大，且低速區(qū)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓的序列 方差Var曲線的數(shù)值比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大4. 0伏2以上、直流母線濾波電容電壓功率譜熵 P曲線的數(shù)值均比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大0. 075以上時(shí)，屬功率變換器主電路單相開路狀態(tài)。有益效果由于采用了上述方案，基于整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器 主電路的直流母線濾波電容電壓的序列方差曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵曲線 的數(shù)值，與正常運(yùn)行狀態(tài)下的相比較，可以診斷出開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路上管短 路故障、下管短路故障及單相開路故障。故障診斷可靠，效果明顯，且減少了對傳感器的需 求，性價(jià)比高、實(shí)用性強(qiáng)，效果好，具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例開關(guān)磁阻電機(jī)三相不對稱橋式功率變換器主電路結(jié)構(gòu)示意 圖；圖2是本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓序列方 差曲線示意圖；圖3是本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓功率譜 熵曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖中的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述本發(fā)明以開關(guān)磁阻電機(jī)三相不對稱橋式功率變換器主電路為例，如圖1所示，圖 中的三相不對稱橋式功率變換器有直流母線濾波電容C，通過儀表檢測直流母線濾波電容 C的電壓U1(Ii)瞬態(tài)值，計(jì)算出直流母線濾波電容電壓的序列方差Var 式中，
，N為正整數(shù)；計(jì)算出直流母線濾波電容電壓的功率譜熵P:
(2)式中，
)為直流母線濾波電容電壓的功率譜，N
為正整數(shù)。由公式(1)得到整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波 電容電壓的序列方差Var曲線，圖2所示；由公式(2)得到整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線，圖3所示；將開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓的序列方差Var和功 率譜熵P作為故障特征量，來判斷圖1中的三相不對稱橋式功率變換器的主電路是否有故 障；正常運(yùn)行狀態(tài)下電容電壓的序列方差Var不超過1. 5伏2，電容電壓功率譜熵P 不超過0. 25，整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母線濾波電容電壓序 列方差曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù)值都很低；功率變換器主電路上管短路狀態(tài)下電容電壓的序列方差Var均超過10. 0伏2，電 容電壓功率譜熵P均超過0. 35，整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母 線濾波電容電壓的序列方差Var曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù)值均比 正常運(yùn)行狀態(tài)下的大的多；功率變換器主電路下管短路狀態(tài)下在高速區(qū)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路 直流母線濾波電容電壓的序列方差Var曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù) 值均比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大；即在高速區(qū)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波 電容電壓的序列方差Var比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大1. 0伏2以上；在高速區(qū)的開關(guān)磁阻電機(jī) 功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓功率譜熵P比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大0. 025以上；功率變換器主電路單相開路狀態(tài)下整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主 電路的直流母線濾波電容電壓的序列方差Var曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲 線的數(shù)值均比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大，且低速區(qū)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線 濾波電容電壓的序列方差Var曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù)值均比正 常運(yùn)行狀態(tài)下的大的多；即在低速區(qū)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容 電壓的序列方差Var比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大大4. 0伏2以上；在低速區(qū)的開關(guān)磁阻電機(jī)功 率變換器主電路直流母線濾波電容電壓功率譜熵P比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大0. 075以上。
權(quán)利要求
一種開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路故障診斷方法，其特征在于檢測開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容C的電壓u1(n)瞬態(tài)值；由公式計(jì)算出直流母線濾波電容電壓的序列方差Var，式中，N為正整數(shù)；再由公式計(jì)算出直流母線濾波電容電壓的功率譜熵P，作為故障特征量，式中，Sn(n＝1，2，...，N)為直流母線濾波電容電壓的功率譜，N為正整數(shù)；得到整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母線濾波電容電壓的序列方差Var曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線；將開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓的序列方差Var和功率譜熵P作為故障特征量，來診斷功率變換器的主電路是否有故障；當(dāng)整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母線濾波電容電壓的序列方差Var曲線的數(shù)值低于1.5伏2和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù)值低于0.25時(shí)，屬正常運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母線濾波電容電壓的序列方差Var曲線的數(shù)值比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大8.0伏2以上、直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù)值比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大0.1以上時(shí)，屬功率變換器主電路上管短路狀態(tài)；當(dāng)在高速區(qū)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓的序列方差Var曲線的數(shù)值比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大1.0伏2以上、直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù)值均比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大0.025以上時(shí)，屬功率變換器主電路下管短路狀態(tài)；當(dāng)整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母線濾波電容電壓的序列方差Var曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù)值均比正常運(yùn)行狀態(tài)下的曲線的數(shù)值大，且低速區(qū)的開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓的序列方差Var曲線的數(shù)值比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大4.0伏2以上、直流母線濾波電容電壓功率譜熵P曲線的數(shù)值均比正常運(yùn)行狀態(tài)下的大0.075以上時(shí)，屬功率變換器主電路單相開路狀態(tài)。FSA00000104201800011.tif,FSA00000104201800012.tif,FSA00000104201800013.tif,FSA00000104201800014.tif
全文摘要
一種開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路故障診斷方法，通過檢測開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路直流母線濾波電容電壓瞬態(tài)值，計(jì)算出直流母線濾波電容電壓的序列方差和功率譜熵，作為故障特征量，采用整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母線濾波電容電壓的序列方差曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵曲線，診斷出開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路上管短路故障、下管短路故障及單相開路故障。故障診斷可靠，效果明顯，且減少了對傳感器的需求，性價(jià)比高、實(shí)用性強(qiáng)，效果好，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號G01R31/02GK101839957SQ20101017473
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月8日
發(fā)明者于東升, 陳昊 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)