双凸极电机驱动器功率管故障诊断方法技术

一种双凸极电机驱动器功率管诊断方法，属于电机驱动系统中功率器件的故障诊断方法。该方法是将三相电流传感器置于三相桥臂上，在检测三相电流的同时增加对续流电流信号的检测，并通过对续流信号进行数字化处理后，结合功率管驱动信号实现对主功率电路在线故障检测、诊断。该方法实现简单，快速性好，不但能快速诊断出功率管开路故障，对功率管短路所可能造成的桥臂直通现象也起到较好的保护作用，同时为其它基于全桥变换器的电机驱动系统故障诊断提供了一种可行的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
双凸极电机是在开关磁阻电机定子厄上镶嵌永磁体或励磁绕组构成的，具有结构简单、控制灵活、功率密度高和高速性能好等优点。而在整个电机驱动系统中主功率变换器功率器件是最易发生故障的薄弱环节，故障后电机将工作在非平衡状态，不但对整个系统稳定性造成一定的影响，同时可能烧毁电机带来一系列严重后果。因此对主功率变换器进行实时在线故障检测、诊断成为提高整个系统可靠性的关键。双凸极电机主功率电路与其它无刷机相似常采用全桥变换器以发挥其全周期出力的优势，如图1为基于全桥变换器的双凸极电机主功率电路图，其组成部分直流电压Udc；直流母线滤波电容C；全桥变换器六个功率管T1、T2、T3、T4、T5、T6；反并在功率管两端用于电机换相续流的二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6；星形连接的双凸极电机三相电枢绕组A、B、C；测量相电流的三相电流传感器。在众多文献中已有针对全桥变换器功率管故障诊断的研究，大致分为两种，一种是通过检测桥臂下管电压变化实现故障诊断，该方法实现简单，快速性好，但是需要额外附加三个电压传感器增加了硬件成本、复杂度；另一种是在程序中将采样的工作电流值与故障电流参考值进行比较实现故障诊断，该方法不需要附加任何硬件，但是需要通过延迟判断的方法实现，快速性不如第一类。而且以上两种方法都将重点放在功率管开路故障上，对可能导致桥臂直通的恶劣短路故障只是稍作提及，未作研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双凸极电机主功率电路故障在线快速诊断的方法，提高系统可靠性，同时为进一步容错控制与后期故障维修提供精确的向导。本专利技术采用以下技术方案实现上述目的。一种双凸极电机驱动器功率管诊断方法，该方法是，将第一功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极相连，组成A相桥臂；将第三功率开关管的源极与第四功率开关管的漏极相连，组成B相桥臂；将第五功率开关管的源极与第六功率开关管的漏极相连，组成C相桥臂，A相桥臂中的第一功率开关管的漏极、B相桥臂中的第三功率开关管的漏极和C相桥臂中的第五功率开关管的漏极均连接于直流电源正输出端；将六个电机换相续流二极管分别反向并联在第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管两端；将星形连接的双凸极电机的A相电枢绕组连接于A相桥臂中第一、第二两个功率开关管的串联点，将B相电枢绕组连接于B相桥臂中第三、第四两个功率开关管的串联点，将C相电枢绕组连接于C相桥臂中第五、第六两个功率开关管的串联点，其特征在于，A相桥臂中的第二功率开关管的源极、B相桥臂中的第四功率开关管的源极、C相桥臂中的第六功率开关管的源极均各自连接一个电流传感器后，再同时连接于直流电源的负输出端，利用上述连接在三相桥臂上的三个电流传感器检测三相电流的同时还对续流电流信号进行检测，并将任意导通逻辑状态下相电流始终流过的桥臂下电流传感器称为相电流传感器，将只有续流电流流过的桥臂下电流传感器称为续电流传感器，在对续电流传感器上电流进行数字化处理的基础上，将相电流传感器上电流进行数字化，结合功率管驱动信号与该时刻位置信号，根据故障时刻电流的变化实现功率管故障在线诊断。本专利技术能快速在线诊断电机主功率电路的故障，提高了电机系统的可靠性，防止电机故障的发生。四附图说明图1基于全桥变换器的双凸极电机主功率电路图。图2T1管斩波控制对应导通电流情况。其中图2(a)为T1管导通时电流情况，图2(b)为T1管关断时电流情况。图3本专利技术的全桥变换器电路原理图。图4某一导通逻辑状态下功率管故障。其中图4(a)为单管开路，图4(b)为单管短路，图4(c)为双管开路，图4(d)为双管短路。图5正常情况下T1管驱动信号与各电流对应关系示意图。图6T1管开路故障下驱动信号与各电流对应关系示意图。图7T6管开路故障下驱动信号与各电流对应关系示意图。图8T1、T6双管开路故障下驱动信号与各电流对应关系示意图。图9T1管开路故障与系统响应。其中图9(a)为续电流与故障响应，图9(b)为相电流与故障响应。图10T6管开路故障与系统响应。其中图10(a)为续电流与故障响应，图10(b)为相电流与故障响应。图11T1、T6双管开路故障与系统响应。其中图11(a)为续电流与故障响应，图11(b)为相电流与故障响应。图12T1管短路故障下驱动信号与各电流对应关系示意图。图13T1管短路故障与系统响应。图14T6管短路故障下电流情况。图15T6管短路故障与系统响应。五具体实施例方式双凸极电机主功率电路功率管导通逻辑为第一、第六功率开关管T1T6→第三、第二功率开关管T3T2→第五、第四功率开关管T5T4→第一、第六功率开关管T1T6→……，即每个状态下均有一个桥臂上管和另一个桥臂下管以及对应的两相电机绕组串联导通工作，任意时刻工作的两个功率管控制方式可分为斩单管(斩上管或斩下管)和斩双管两种。以第一、第六功率开关管T1T6导通逻辑和斩单管中的斩上管第一功率开关管T1为例，此时第一功率开关管T1开、关时对应的电流情况如图2，可以看出每个导通逻辑下均有两相电机绕组串联导通工作，只需采样串联绕组上两个电流传感器任意一个的电流值就可以实现电机正常工作，故可将电流传感器放在三相桥臂上，如图3。结合图2此时第一功率开关管T1开、关时电流均流过第三桥臂下的电流传感器，而当第一功率开关管T1关断时，其续流电流流过第一桥臂下的电流传感器，故将第三桥臂下的电流传感器称为相电流传感器SA，第一桥臂下的电流传感器称为续电流传感器Sa。同理，当处于第三、第二功率开关管T3T2和第五、第四功率开关管T5T4导通逻辑时，相电流传感器分别为第一和第二桥臂下的电流传感器SB、SC，续电流传感器为第二和第三桥臂下的电流传感器Sb、Sc。因此，相对于未改变电流传感器位置而言，只需实时采样不同导通逻辑状态下对应的相电流传感器上电流值ISk(k＝A，B，C)就可以实现对电机相电流控制，并且能通过续电流传感器实现对相应续流二极管上的电流ISl(l＝a，b，c)实时检测。对于斩单管中的另一种控制模式斩下管，为保证在任意导通逻辑下相电流能持续流过桥臂上的电流传感器，应将其串接于桥臂上管的上端；而采用斩双管控制模式，虽然无法从一个电流传感器上读取完整相电流值，但是同时结合续流时的电流传感器电流值仍然可以实现电机正常工作运行。全桥变换器任意功率管发生故障时，最明显的变化体现在导通电流上，例如发生功率管开路故障时，处于工作状态的电机绕组上电流下降至0；发生短路故障时，电机绕组上电流迅速上升。传统的电流传感器放置方法，在发生开路或者短路故障时确实能及时检测到相电流的变化，但在进一步进行诊断时却遇到了困难，因为在每个导通逻辑状态下均有两个功率管和两相绕组串联进行工作，故根本无法区分两个功率管究竟是哪个发生了故障，因此利用传统的电流传感器放置位置进行故障诊断存在困难。故本专利技术通过将电流传感器放在三相桥臂上，在正常检测电机工作相电流的同时增加了对续流电流的检测，从而以实现功率管故障诊断。以第一、第六功率开关管T1T6导通逻辑为例，电流控制方式采用斩上管进行分析。对全桥变换器功率管故障采用在各个导通逻辑状态下的故障情况进行分类，可以分为短路和开路故障两大类，其中单管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双凸极电机驱动器功率管诊断方法，该方法是，将第一功率开关管（Ｔ↓［１］）的源极与第二功率开关管（Ｔ↓［２］）的漏极相连，组成Ａ相桥臂；将第三功率开关管（Ｔ↓［３］）的源极与第四功率开关管（Ｔ↓［４］）的漏极相连，组成Ｂ相桥臂；将第五功率开关管（Ｔ↓［５］）的源极与第六功率开关管（Ｔ↓［６］）的漏极相连，组成Ｃ相桥臂，Ａ相桥臂中的第一功率开关管（Ｔ↓［１］）的漏极、Ｂ相桥臂中的第三功率开关管（Ｔ↓［３］）的漏极和Ｃ相桥臂中的第五功率开关管（Ｔ↓［５］）的漏极均连接于直流电源（Ｕ↓［ｄｃ］）正输出端；将六个电机换相续流二极管（Ｄ↓［１］、Ｄ↓［２］、Ｄ↓［３］、Ｄ↓［４］、Ｄ↓［５］、Ｄ↓［６］）分别反向并联在第一功率开关管（Ｔ↓［１］）、第二功率开关管（Ｔ↓［２］）、第三功率开关管（Ｔ↓［３］）、第四功率开关管（Ｔ↓［４］）、第五功率开关管（Ｔ↓［５］）、第六功率开关管（Ｔ↓［６］）两端；将星形连接的双凸极电机的Ａ相电枢绕组（Ａ）连接于Ａ相桥臂中第一、第二两个功率开关管（Ｔ↓［１］、Ｔ↓［２］）的串联点，将Ｂ相电枢绕组（Ｂ）连接于Ｂ相桥臂中第三、第四两个功率开关管（Ｔ↓［３］、Ｔ↓［４］）的串联点，将Ｃ相电枢绕组（Ｃ）连接于Ｃ相桥臂中第五、第六两个功率开关管（Ｔ↓［５］、Ｔ↓［６］）的串联点，其特征在于，Ａ相桥臂中的第二功率开关管（Ｔ↓［２］）的源极、Ｂ相桥臂中的第四功率开关管（Ｔ↓［４］）的源极、Ｃ相桥臂中的第六功率开关管（Ｔ↓［６］）的源极均各自连接一个电流传感器后，再同时连接于直流电源（Ｕ↓［ｄｃ］）的负输出端，利用上述连接在三相桥臂上的三个电流传感器检测三相电流的同时还对续流电流信号进行检测，并将任意导通逻辑状态下相电流始终流过的桥臂下电流传感器称为相电流传感器，将只有续流电流流过的桥臂下电流传感器称为续电流传感器，在对续电流传感器上电流进行数字化处理的基础上，将相电流传感器上电流进行数字化，结合功率管驱动信号与该时刻位置信号，根据故障时刻电流的变化实现功率管故障在线诊断。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹航，周波，魏佳丹，胡朝燕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]