具有开路故障诊断的永磁无刷直流电机逆变器及诊断方法技术

一种具有开路故障诊断的永磁无刷直流电机逆变器及诊断方法，三相全桥逆变电路包括有与直流电源电压并联连接的分别由两个开关组件串联连接构成的A相开关支路、B相开关支路和C相开相关支路，电机定子三相绕组的每一相均是由绕组电感构成，电机定子三相绕组每一相中的绕组电感的输入端连接对应相开关支路的上下开关组件中点，三相绕组中的绕组电感的输出端连接在一起，在A、B两相上桥臂直流母线到A相开关支路和B相开关支路上套接有第一套线式电流传感器，在B、C两相下桥臂直流母线到B相开关支路和C相开相关支路套接有第二套线式电流传感器。本发明专利技术在电机正常运行的状态下，用两个电流传感器实现了对逆变器功率开关器件的开路故障进行诊断。路故障进行诊断。路故障进行诊断。

【技术实现步骤摘要】
具有开路故障诊断的永磁无刷直流电机逆变器及诊断方法


[0001]本专利技术涉及一种永磁无刷直流电机逆变器开路故障诊断技术。特别是涉及一种基于电流差值和改进电流传感器位置的具有开路故障诊断的永磁无刷直流电机逆变器及诊断方法。

技术介绍

[0002]随着工业技术的发展，永磁无刷直流电机作为一种高效驱动设备，在智能机器人、家用电器、电动汽车等多个工业领域引起了人们的关注。与其它电机相比，其采用的控制方案更加简单，可以实现高效率和高扭矩运行。
[0003]为避免电机控制系统发生大的故障，从而造成设备的大规模损伤，带来成本上和经济上的损失，在实际应用中的电机需要引入故障诊断技术，从而能够及时的获取故障信息。但是离线故障诊断方法检测周期长、实时性差。随着安全生产的迫切需求和人工智能技术的发展，能够在线检测电机故障，甚至对故障进行提前预警的技术引起了工业界的注意。
[0004]电机控制系统中常见的故障有逆变器故障、传感器故障和电机本体故障，其中逆变器的故障主要为构成逆变器的功率开关器件发生损坏。在电机运行过程中，需要对电机进行换相和调速，功率开关管需要长时间工作在高频开关状态下，因此其常会因为发热、过流等原因发生损坏。据估计，工业应用的电机控制系统中有38％的故障来自于功率半导体开关器件的损坏，如不及时诊断并加以消除，将会造成二次故障发生，最终导致系统瘫痪停机。在安全性要求高的应用场合，如航天航空、机器人、汽车等，逆变器的故障对于整个系统将可能是致命的。
[0005]逆变器最常见的故障是功率开关管的短路和开路，短路故障发生时间较短，通常为几微秒，不易检测，同时，在逆变器每一桥臂中串联快速熔断器，可以将发生的开关管短路故障转化为开路故障进行诊断。现存开路故障诊断主要分为电压法和电流法两大类，其中电压法需要外加电压传感器或电压采集电路，因此现存的技术中电流法占比远大于电压法。但现存方法大多适用于永磁同步电机矢量控制方式，对无刷直流电机的两两导通控制下的故障诊断文献很少，尚且无法做到故障快速诊断，需要进一步研究发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，为了克服现有技术的不足，提供一种在不影响电机正常运行的同时实现了对逆变器开路故障实时检测的具有开路故障诊断的永磁无刷直流电机逆变器及诊断方法。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：一种具有开路故障诊断功能的永磁无刷直流电机逆变器，是由三相全桥逆变电路和连接在所述三相全桥逆变电路上的电机定子三相绕组构成，所述三相全桥逆变电路包括有与直流电源电压并联连接的由第一开关组件和第二开关组件串联连接构成的A相开关支路、由第三开关组件和第四开关组件串联连接构成的B相开关支路和由第五开关组件和第六开关组件串联连接构成的C相开相关支路，所述第一开关
组件、第二开关组件、第三开关组件、第四开关组件、第五开关组件和第六开关组件结构相同，均是由一个功率开关管和一个续流二极管反并联构成，所述电机定子三相绕组的每一相均是由绕组电感构成，电机定子三相绕组每一相中的绕组电感的输入端连接对应相开关支路的上下开关组件中点，三相绕组中的绕组电感的输出端连接在一起，在A、B两相上桥臂直流母线到A相开关支路和B相开关支路上套接有用于检测该两条支路上电流的第一套线式电流传感器，在B、C两相下桥臂直流母线到B相开关支路和C相开相关支路套接有用于检测该两条支路上电流的第二套线式电流传感器。
[0008]一种具有开路故障诊断功能的永磁无刷直流电机逆变器的开路故障快速诊断方法，包括如下步骤：
[0009]1)利用第一套线式电流传感器测量逆变器A、B两相上桥臂直流母线到A相开关支路和B相开关支路的电流，利用第二套线式电流传感器测量逆变器B、C两相下桥臂直流母线到B相开关支路和C相开相关支路的电流，然后利用测量得到的两组电流重构出三相相电流，从而控制永磁无刷直流电机的运行；
[0010]2)将相邻两个控制周期的相电流做差，判断所得到的差值是否满足已预设的差值判定条件，从而确定逆变器中的功率开关器件是否发生开路故障，并给出故障信息；
[0011]3)当故障信息出现后，利用第一套线式电流传感器和第二套线式电流传感器读数的不同，定位到具体发生故障的功率开关管。
[0012]步骤2)所述的差值判定条件为：
[0013]i
k
‑
i
k+1
≥g
f
·
i
k
[0014]其中i
k
为第k个控制周期的相电流值，i
k+1
为第k+1个控制周期的相电流值，g
f
为阈值系数，取0.5到1的范围，当相邻两个控制周期的相电流差值大于等于g
f
和i
k
的乘积时，则判定逆变器中的功率开关器件发生了开路故障，进而由控制设备发出故障信息。
[0015]步骤3)包括：
[0016]永磁无刷直流电机运行一个周期分为六个导通阶段，以i
m1
、i
m2
分别表示第一套线式电流传感器和第二套线式电流传感器的测量值，T1～T6为对应逆变器三相全桥逆变电路中第一开关组件、第二开关组件、第三开关组件、第四开关组件、第五开关组件和第六开关组件中第一～第六功率开关管，所述的利用第一套线式电流传感器和第二套线式电流传感器读数的不同，定位到具体发生故障的功率开关管，具体故障判断为：
[0017]T1、T4管导通阶段：i
m1
＝0，i
m2
>0时T1故障，i
m1
＝0，i
m2
＝0时T4故障；
[0018]T1、T6管导通阶段：i
m1
＝0，i
m2
>0时T1故障，i
m1
>0，i
m2
＝0时T6故障；
[0019]T3、T6管导通阶段：i
m1
＝0，i
m2
＝0时T3故障，i
m1
>0，i
m2
＝0时T6故障；
[0020]T3、T2管导通阶段：i
m1
＝0，i
m2
<0时T3故障，i
m1
＝0，i
m2
＝0时T2故障；
[0021]T5、T2管导通阶段：i
m1
＝0，i
m2
<0时T5故障，i
m1
>0，i
m2
＝0时T2故障；
[0022]T5、T4管导通阶段：i
m1
＝0，i
m2
＝0时T5故障，i
m1
>0，i
m2
＝0时T4故障。
[0023]本专利技术的具有开路故障诊断的永磁无刷直流电机逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有开路故障诊断功能的永磁无刷直流电机逆变器，是由三相全桥逆变电路和连接在所述三相全桥逆变电路上的电机定子三相绕组构成，所述三相全桥逆变电路包括有与直流电源电压(Udc)并联连接的由第一开关组件和第二开关组件串联连接构成的A相开关支路、由第三开关组件和第四开关组件串联连接构成的B相开关支路和由第五开关组件和第六开关组件串联连接构成的C相开相关支路，所述第一开关组件、第二开关组件、第三开关组件、第四开关组件、第五开关组件和第六开关组件结构相同，均是由一个功率开关管(T1、T2、T3、T4、T5、T6)和一个续流二极管(D1、D2、D3、D4、D5、D6)反并联构成，所述电机定子三相绕组的每一相均是由绕组电感(L)构成，电机定子三相绕组每一相中的绕组电感(L)的输入端连接对应相开关支路的上下开关组件中点，三相绕组中的绕组电感(L)的输出端连接在一起，其特征在于，在A、B两相上桥臂直流母线到A相开关支路和B相开关支路上套接有用于检测该两条支路上电流的第一套线式电流传感器(m1)，在B、C两相下桥臂直流母线到B相开关支路和C相开相关支路套接有用于检测该两条支路上电流的第二套线式电流传感器(m2)。2.一种权利要求1所述的具有开路故障诊断功能的永磁无刷直流电机逆变器的开路故障快速诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：1)利用第一套线式电流传感器(m1)测量逆变器A、B两相上桥臂直流母线到A相开关支路和B相开关支路的电流，利用第二套线式电流传感器(m2)测量逆变器B、C两相下桥臂直流母线到B相开关支路和C相开相关支路的电流，然后利用测量得到的两组电流重构出三相相电流，从而控制永磁无刷直流电机的运行；2)将相邻两个控制周期的相电流做差，判断所得到的差值是否满足已预设的差值判定条件，从而确定逆变器中的功率开关器件是否发生开路故障，并给出故障信息；3)当故障信息出现后，利用第一套线式电流传感器(m1)和第二套线式电流传感器(m2)读数的不同，定位到具体发生故障的功率开关管。3.根据权利要求2所述的开路故障快速诊断方法，其特征在于，步骤2)所述的差值判定条件为：i
k
‑
i
k+1
≥g
f
·
i
k
其中i
k
为第k个控制周期的相电流值，i
k+1
为第k+1个控制周期的相电流值，g
f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，李少振，李新旻，谷鑫，金雪峰，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：