开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障检测法制造技术

本发明专利技术公开了一种开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障检测法。本发明专利技术通过检测开关磁阻电机功率变换器的各相电流瞬时值，计算出各相标准化电流平均值间的两两差值，并将每个差值视为一个元素，构建故障特征量集合E

【技术实现步骤摘要】
开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障检测法
本专利技术涉及调速电动机领域，更具体的说，是一种开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障在线检测方法，适用于各种相数的开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器，无需增加任何额外传感器。
技术介绍
开关磁阻电机是一种结构简单、造价低廉、鲁棒性好、可靠性高的新型调速电动机，已被广泛应用于航空航天、新能源汽车、家用电器等诸多领域。固有的容错能力是开关磁阻电机调速系统的突出优势之一，然而较好容错能力并不意味整个系统无故障发生。功率变换器作为开关磁阻电机运转所需能量提供者，是其调速系统的重要组成部件之一，也是整个系统中故障发生率较高的薄弱环节之一。由于不对称半桥型功率变换器能够保证各相主电路间相互独立的工作特性，具备较高容错能力，所以该结构常被应用于开关磁阻电机调速系统。而以功率半导体器件作为不对称半桥型功率变换器的主开关，常因过热、高频动作、恶劣工作环境等因素，发生开路或短路故障。因此，及时、准确地检测出故障详情不仅可以抑制故障进一步恶化，还可以为采取适当的容错控制策略奠定基础。目前，直流母线电流分析法、电流分类函数值法、电流相对谱比系数法、电流小波包分解法已被应用于开关磁阻电机功率变换器主开关故障检测。然而，这些方法通常通过增加额外传感器获取相关信息，进而得到故障特征量，增加了系统成本与复杂度，且诊断内容与适用范围也受到限制。因此，开关磁阻电机功率变换器主开关故障检测应尽可能满足以下几方面：(1)快速、精准诊断出故障发生、故障类型、故障相；(2)尽可能不增加额外传感器、降低检测成本与系统复杂度；(3)适用于各种相数的开关磁阻电机，以及不同转速与工况，应用范围广。
技术实现思路
为满足上面所述的几方面，并针对已有技术存在的缺点，本专利技术提出一种简单便捷、无需附加任何额外传感器、实施效果良好的开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障在线检测方法。本专利技术的开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障在线检测方法是：基于功率变换器主开关开路与短路故障下各相电流表现特征，提取各标准化相电流平均值间的差值为故障特征量，并建立故障特征量集合Ek。通过分析集合Ek中各元素畸变规律，检测出故障发生、故障类型、故障相。具体检测方法如下：监测开关磁阻电机各相电流，由公式计算出标准化相电流INk，其中IN为相电流瞬时值，Iref为给定相电流参考值，N为电机各相名称(N＝A、B、C、D、…)，再由公式计算出标准化相电流平均值式中其中ωm为电机角速度，Nr为转子极数，分别计算出各相标准化相电流的平均值间的两两差值，即将上述每个差值视为一个元素，构成集合Ek，即Ek＝{EAB，EAC，…，EDE，…}；该集合的元素个数Q是关于电机相数n的函数关系式，由公式计算出集合Ek包含的元素个数Q；对于开关磁阻电机而言，其相数一般为3、4、5、6、7、8、9，故上式中存在2≤n≤9，其中又以三相6/4极、三相12/8极、四相8/6极为常用方案。当电机相数为n＝3时，集合Ek中包含元素个数为3，为Ek＝{EAB，EAC，EBC}；当电机相数n＝4时，集合Ek中包含元素个数为6，为Ek＝{EAB，EAC，EAD，EBC，EBD，ECD}；将集合Ek中各元素值，即各相标准化相电流平均值间的差值，作为故障特征量，通过揭示各元素的畸变规律，诊断出开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关是否发生故障、故障类型以及故障相。当集合Ek中存在(n-1)个元素的绝对值大于0.05，且这些元素的下标含有一个相同的标识，则可判断出开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关发生故障。首先判断主开关是否发生故障：当集合Ek中存在(n-1)个元素的绝对值大于0.05，且这些元素的下标含有一个相同的标识，则可判断出开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关发生故障；否则判断为主开关无故障；如判断主开关有故障，接下来判断主开关故障类型与故障相：将集合Ek的元素匹配故障诊断表中所属情况，判断出开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障类型与故障相；其中po为开路故障判断阈值、ps为短路故障判断阈值，po＝0.07，ps＝0.08；开关磁阻电机常用方案为三相6/4极、三相12/8极、四相8/6极，所述故障诊断表为下述表1和表2，具体为三相和四相开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器故障情况与故障特征量集合Ek中各元素的对应关系。表1三相开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器故障诊断表表2四相开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器故障诊断表本专利技术具有如下有益效果：本专利技术适用于不同转速与负载条件下，任何相数、极数的开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障检测。在不增加任何额外传感器的条件下，可快速准确诊断出故障发生、故障类型、故障相。检测方法简单便捷、成本低，实施效果好，具有广泛实际工程应用价值。附图说明图1为本专利技术应用于三相开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器的拓扑结构图；图2为本专利技术应用于三相开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障检测流程图；图3为本专利技术应用于三相开关磁阻电机高速负载运行时，不对称半桥型功率变换器常闭合主开关开路故障检测结果图；图4为本专利技术应用于三相开关磁阻电机低速负载运行时，不对称半桥型功率变换器斩波主开关开路故障检测结果图；图5为本专利技术应用于三相开关磁阻电机高速负载运行时，不对称半桥型功率变换器常闭合主开关短路故障检测结果图；图6为本专利技术应用于三相开关磁阻电机低速负载运行时，不对称半桥型功率变换器斩波主开关短路故障检测结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作进一步描述：实施例一：开关磁阻电机高速带载运行时，常闭合主开关开路故障检测。如图1所示，为三相开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器拓扑结构，绕组A、绕组B、绕组C为开关磁阻电机三相绕组，每一相绕组均由两只主开关QU、QL和两只续流二极管VD1、VD2相连，US为直流供电电压。实际中常采用单管斩波方式，A相绕组导通期间，上方主开关QUa始终保持闭合，称为“常闭合”主开关，下方主开关QLa实施斩波控制，称为“斩波”主开关。电源供电给绕组，当下方主开关闭合时，导通相绕组两端电压为+US；当下方主开关断开时，绕组两端电压为零；当上、下两主开关均断开时，电流通过二极管VD1、VD2进行续流，绕组两端电压为-US。图2为三相开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障检测流程图，具体方法如下。第一步：提取故障特征量。监测电机三相电流值，由公式计算出标准化相电流INk，其中IN为相电流瞬时值，Iref为给定相电流参考值，N为电机各相名称(N＝A、B、C)。再由公式计算出标准化相电流平均值式中其中ωm为电机角速度，Nr为转子极数。对于三相6/4极电机而言，Nr＝4，T＝15/ωm。分别由式计算出三相标准化相电流平均值间的两两差值，并将EAB、EAC、EBC各视为一个元素，构成故障特征量集合Ek，即Ek＝{EAB，EAC，EBC}。第二步：主开关故障发生检测。当集合Ek中的两个元素的绝对值均大于0.05，另一个元素的绝对值小于等于0.05时，则可判断出开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关发生故障。反之，电机功率变换器主开关无故障。第三步：主开关故障类型与故障相检测。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障检测法，其特征在于：按照下述步骤进行：(1)检测开关磁阻电机各相电流；(2)由公式计算出标准化相电流I

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障检测法，其特征在于：按照下述步骤进行：(1)检测开关磁阻电机各相电流；(2)由公式计算出标准化相电流INk其中IN为相电流瞬时值，Iref为给定相电流参考值，N为电机各相名称，N＝A、B、C、…，(3)再由公式计算出标准化相电流平均值式中其中ωm为电机角速度，Nr为转子极数，分别计算出各相标准化相电流平均值间的两两差值，(4)建立故障特征量集合Ek，将上述每个差值视为一个元素，构成集合Ek，即Ek＝{EAB，EAC，…，EDE，…}，其中该集合的元素个数是关于电机相数n的函数关系式，即元素个数＝(n2—n)/2，其中2≤n≤9；即当电机相数n＝2时，集合Ek中包含元素个数为1，为Ek＝{EAB}；当电机相数为n＝3时，集合Ek中包含元素个数为3，为Ek＝{EAB，EAC，EBC}；当电机相数n＝4时，集合Ek中包...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖丽，潘旭华，陈雷，姜书浩，苏晓勤，申芳，
申请(专利权)人：天津商业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12