基于母线电流的双凸极电机功率变换器开路故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了基于母线电流的双凸极电机功率变换器开路故障诊断方法，涉及电机控制技术领域，该方法包括：获取直流母线电流绝对值和电机转子的位置信号；根据位置信号确定功率变换器的工作状态；若直流母线电流绝对值小于零电流阈值，且持续时间超过时间阈值，则确定功率变换器发生开路故障；依次关断当前工作状态中驱动信号为高电平的功率管，依次对比直流母线电流绝对值是否依旧小于零电流阈值；若否，则确定关断时的另一功率管发生开路；若两次对比结果均为是，则导通前一个工作状态中要驱动的功率管、结合下一个工作状态，观测直流母线电流变化来辅助定位故障位置。该方法故障诊断成本低、缩短了故障诊断时间，且不受转速、负载变化影响。负载变化影响。负载变化影响。

【技术实现步骤摘要】
基于母线电流的双凸极电机功率变换器开路故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，尤其是基于母线电流的双凸极电机功率变换器开路故障诊断方法。

技术介绍

[0002]功率变换器是电励磁双凸极电机驱动系统中薄弱、故障率高的环节，对功率变换器的故障诊断是提高系统可靠性的关键。功率器件故障主要分为短路故障和开路故障，其中，开路故障会减少电机出力，产生转矩脉动，严重会引起二次故障；而短路故障响应速度比较快，通常会引发桥臂直通，一般都是通过硬件电路将其转化为开路故障来处理，因此功率变换器开路故障诊断是目前研究的热点。目前，已有不少学者针对开路故障展开研究。
[0003]夏一文等公开的“基于反电势电流的电励磁双凸极电机驱动电路单管开路故障诊断研究”(电工技术学报，2020年11月09日，第35卷，第23期，4888
‑
4897页)论文中介绍了一种通过改变双凸极电机的控制方式，故障后切换到另外两种控制方式，对比切换前后相电流的不同来实现开路故障定位。该方法虽能实现单管开路故障定位，但所需诊断时间较长且没有减少故障诊断成本。
[0004]冯小宝等公开的“一种电励磁双凸极电机功率变换器及其方法”(公开日：2019年8月16日，公开号：CN110138306A)专利中公开了一种电励磁双凸极电机功率管单管开路故障检测方法，通过改变硬件连接结构，将电流传感器放置在下母线上，故障时辅助导通非工作相桥臂功率管来实现故障定位。该方法虽然只需要一个电流传感器，但受转速变化影响，只适用于低速运行下的故障诊断。

技术实现思路

[0005]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了基于母线电流的双凸极电机功率变换器开路故障诊断方法，本专利技术的技术方案如下：
[0006]基于母线电流的双凸极电机功率变换器开路故障诊断方法，双凸极电机的三相绕组采用星型连接，三相绕组分别为A相绕组、B相绕组、C相绕组，功率变换器采用桥式驱动，包括直流电源、滤波电容、第一至第六功率管、第一至第六二极管和电流传感器；
[0007]第一至第六功率管的集电极分别和相应的第一至第六二极管的阴极相连、发射极分别和相应的第一至第六二极管的阳极相连；第一功率管的发射极连接第四功率管的集电极，且A相绕组接在两者之间，第三功率管的发射极连接第六功率管的集电极，且B相绕组接在两者之间，第五功率管的发射极连接第二功率管的集电极，且C相绕组接在两者之间；
[0008]直流电源并联在滤波电容两端，且电源正极分别连接第一二极管、第三二极管和第五二极管的阴极，电源负极分别连接第四二极管、第六二极管和第二二极管的阳极；电流传感器放置在直流母线上，用于检测直流母线电流；
[0009]开路故障诊断方法包括：
[0010]获取直流母线电流绝对值和电机转子的位置信号；
[0011]根据位置信号确定功率变换器的工作状态；
[0012]若直流母线电流绝对值小于零电流阈值，且持续时间超过时间阈值，则确定功率变换器发生开路故障，定义功率管发生故障所在工作状态为故障区间；其中，零电流阈值大于零，且小于电机空载时的电流绝对值；
[0013]依次关断故障区间中驱动信号为高电平的功率管，依次对比关断后的直流母线电流绝对值是否依旧小于零电流阈值；
[0014]若否，则确定关断时的另一功率管发生开路故障；
[0015]若两次对比结果均为是，则导通故障区间的前一个工作状态中要驱动的功率管、结合故障区间的下一个工作状态，观测直流母线电流绝对值的变化来辅助定位故障区间的故障位置。
[0016]其进一步的技术方案为，根据位置信号确定功率变换器的工作状态，包括：
[0017]根据转子所处的位置将一个电角度周期分为六个工作状态，包括：
[0018]工作状态一(0
°‑
α)：位置信号G1＝1，其余位置信号均为0，第一、第二功率管斩波，其余功率管关闭；当驱动信号P1＝P2＝1时，第一、第二功率管导通，|i
dc
|＝i
a
＝
‑
i
c
，i
b
＝0；当驱动信号P1＝P2＝0时，第一、第二功率管关断，|i
dc
|＝i
a
＝
‑
i
c
，i
b
＝0；
[0019]工作状态二(α
‑
120
°
)：位置信号G2＝1，其余位置信号均为0，第二、第三功率管斩波，其余功率管关闭；当驱动信号P2＝P3＝1时，第二、第三功率管导通，|i
dc
|＝i
b
＝
‑
i
c
，i
a
＝0；当驱动信号P2＝P3＝0时，第二、第三功率管关断，|i
dc
|＝i
b
＝
‑
i
c
，i
a
＝0；
[0020]工作状态三(120
°‑
β)：位置信号G3＝1，其余位置信号均为0，第三、第四功率管斩波，其余功率管关闭；当驱动信号P3＝P4＝1时，第三、第四功率管导通，|i
dc
|＝i
b
＝
‑
i
a
，i
c
＝0；当驱动信号P3＝P4＝0时，第三、第四功率管关断，|i
dc
|＝i
b
＝
‑
i
a
，i
c
＝0；
[0021]工作状态四(β
‑
240
°
)：位置信号G4＝1，其余位置信号均为0，第四、第五功率管斩波，其余功率管关闭；当驱动信号P4＝P5＝1时，第四、第五功率管导通，|i
dc
|＝i
c
＝
‑
i
a
，i
b
＝0；当驱动信号P4＝P5＝0时，第四、第五功率管关断，|i
dc
|＝i
c
＝
‑
i
a
，i
b
＝0；
[0022]工作状态五(240
°‑
γ)：位置信号G5＝1，其余位置信号均为0，第五、第六功率管斩波，其余功率管关闭；当驱动信号P5＝P6＝1时，第五、第六功率管导通，|i
dc
|＝i
c
＝
‑
i
b
，i
a
＝0；当驱动信号P5＝P6＝1时，第五、第六功率管关断，|i
dc
|＝i
c
＝
‑
i
b
，i
a
＝0；
[0023]工作状态六(γ
‑
360
°
)：位置信号G6＝1，其余位置信号均为0，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于母线电流的双凸极电机功率变换器开路故障诊断方法，其特征在于，双凸极电机的三相绕组采用星型连接，所述三相绕组分别为A相绕组、B相绕组、C相绕组，功率变换器采用桥式驱动，包括直流电源、滤波电容、第一至第六功率管、第一至第六二极管和电流传感器；所述第一至第六功率管的集电极分别和相应的第一至第六二极管的阴极相连、发射极分别和相应的第一至第六二极管的阳极相连；第一功率管的发射极连接第四功率管的集电极，且所述A相绕组接在两者之间，第三功率管的发射极连接第六功率管的集电极，且所述B相绕组接在两者之间，第五功率管的发射极连接第二功率管的集电极，且所述C相绕组接在两者之间；所述直流电源并联在所述滤波电容两端，且电源正极分别连接第一二极管、第三二极管和第五二极管的阴极，电源负极分别连接第四二极管、第六二极管和第二二极管的阳极；所述电流传感器放置在直流母线上，用于检测直流母线电流；开路故障诊断方法包括：获取直流母线电流绝对值和电机转子的位置信号；根据所述位置信号确定所述功率变换器的工作状态；若所述直流母线电流绝对值小于零电流阈值，且持续时间超过时间阈值，则确定所述功率变换器发生开路故障，定义功率管发生故障所在工作状态为故障区间；其中，所述零电流阈值大于零，且小于电机空载时的电流绝对值；依次关断所述故障区间中驱动信号为高电平的功率管，依次对比关断后的直流母线电流绝对值是否依旧小于所述零电流阈值；若否，则确定关断时的另一功率管发生开路故障；若两次对比结果均为是，则导通所述故障区间的前一个工作状态中要驱动的功率管、结合所述故障区间的下一个工作状态，观测所述直流母线电流绝对值的变化来辅助定位所述故障区间的故障位置。2.根据权利要求1所述的开路故障诊断方法，其特征在于，所述根据所述位置信号确定所述功率变换器的工作状态，包括：根据转子所处的位置将一个电角度周期分为六个工作状态，包括：工作状态一(0
°‑
α)：位置信号G1＝1，其余位置信号均为0，第一、第二功率管斩波，其余功率管关闭；当驱动信号P1＝P2＝1时，所述第一、第二功率管导通，|i
dc
|＝i
a
＝
‑
i
c
，i
b
＝0；当驱动信号P1＝P2＝0时，所述第一、第二功率管关断，|i
dc
|＝i
a
＝
‑
i
c
，i
b
＝0；工作状态二(α
‑
120
°
)：位置信号G2＝1，其余位置信号均为0，第二、第三功率管斩波，其余功率管关闭；当驱动信号P2＝P3＝1时，所述第二、第三功率管导通，|i
dc
|＝i
b
＝
‑
i
c
，i
a
＝0；当驱动信号P2＝P3＝0时，所述第二、第三功率管关断，|i
dc
|＝i
b
＝
‑
i
c
，i
a
＝0；工作状态三(120
°‑
β)：位置信号G3＝1，其余位置信号均为0，第三、第四功率管斩波，其余功率管关闭；当驱动信号P3＝P4＝1时，所述第三、第四功率管导通，|i
dc
|＝i
b
＝
‑
i
a
，i
c
＝0；当驱动信号P3＝P4＝0时，所述第三、第四功率管关断，|i
dc
|＝i
b
＝

【专利技术属性】
技术研发人员：张义军，周波，房文静，叶赛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：