电机驱动系统三相逆变器桥臂开路故障实时检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电机驱动系统三相逆变器桥臂开路故障实时检测方法,步骤1、得出滑动窗口中采样点数的大小L；步骤2、通过采样点数的大小L计算出三相电流两两之间的协方差值(Dab,Dbc,Dca)；步骤3、计算Dab,Dbc,Dca所占的绝对百分比Kab,Kbc,Kca来完成故障的诊断与定位。本发明专利技术能够实时检测出任意三相逆变系统单桥臂开路故障的情况，并可以精确定位故障桥臂位置，本发明专利技术并对多电平逆变系统桥臂开路故障的在线检测具有指导意义。

【技术实现步骤摘要】
电机驱动系统三相逆变器桥臂开路故障实时检测方法
本专利技术属于在线检测
，具体涉及电机驱动系统三相逆变器桥臂开路故障实时检测方法。
技术介绍
目前，交流电机作为电能和机械能转换的装置，在航空航天、军事、工业、机车牵引系统及船舶等领域得到了广泛的应用，呈现完全取代直流电机的趋势。逆变器作为交流电机驱动系统中的核心部件，是驱动系统中最容易发生故障的薄弱环节，其中功率管开关管由于高频开通、关断造成的开路故障尤为显著，直接影响电机驱动系统的正常运行。针对逆变器桥臂的开路故障提出实时有效的检测、定位和隔离的方法，提供实时有效的信息给后续的容错控制策略，对提高电机驱动系统的可靠性具有重要的工程应用价值。当前已出版的文献中，关于逆变器桥臂开路故障实时检测方法大部分是基于电流开环控制电机驱动系统，而对矢量控制驱动系统的研究很少，特别是用定子电流来做故障诊断的方法，而且这些方法多是基于电流信号的特征来检测故障。但是，由于加入电流闭环调节器的缘故，矢量控制驱动系统中的电流特性要比电流开环控制电机驱动系统复杂得多。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服以上所述的缺点，提供电机驱动系统三相逆变器桥臂开路故障实时检测方法。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：一种电机驱动系统三相逆变器桥臂开路故障实时检测方法,步骤1、得出滑动窗口中采样点数的大小L；步骤2、通过采样点数的大小L计算出三相电流两两之间的协方差值(Dab,Dbc,Dca)；步骤3、计算Dab,Dbc,Dca所占的绝对百分比Kab,Kbc,Kca来完成故障的诊断与定位。其中，根据如下公式计算滑动窗口中采样点数的大小L：np为电机的极对数，Ts为控制系统的采样周期，v为电机转速。其中，根据如下公式实时在线求取三相电流两两之间的协方差值(Dab,Dbc,Dca)：其中Ea,Eb,Ec的求取方式如下：其中，计算Dab,Dbc,Dca所占的绝对百分比Kab,Kbc,Kca计算方式如下：通过下述的方式完成故障的诊断与定位：k1为故障判断阈值，k1的取值范围为0-1。其中，k1的取值为0.7。本专利技术的有益效果为：本专利技术能够实时检测出任意三相逆变系统单桥臂开路故障的情况，并可以精确定位故障桥臂位置，本专利技术并对多电平逆变系统桥臂开路故障的在线检测具有指导意义，并具有如下具体效果：(1)成本低，本专利技术适用于任何采用矢量控制策略的系统中，不需要额外的电压传感器；也适用于三相电机电流开环控制系统中逆变器功率管开路故障诊断。(2)检测精度高，速度快，实时性高，本专利技术能够实时准确的检测变频器中任意桥臂开路故障和二次故障。(3)鲁棒性好，抗干扰能力强，电机启动、变速、突加或者突减负载等动态过程不会对本专利技术的故障诊断结果产生消极影响；且该方案对电机内部参数不敏感，抗噪声能力强。(4)实现简单，本专利技术可以作为一个子程序嵌入到控制程序中，不影响也无需修改控制程序。(5)方案简单，不需要过多的计算，大大降低了系统的计算复杂度。附图说明图1是为本专利技术中带故障诊断模块的电机驱动系统三相逆变器的拓扑结构。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明，并不是把本专利技术的实施范围局限于此。首先参照图1，为本专利技术中带故障诊断模块的电机驱动系统三相逆变器的拓扑结构；系统由功率管SA1,SA2,SB1,SB2,SC1,SC2，对应续流二极管DA1,DA2,DB1,DB2,DC1,DC2,三相交流异步电机IM，滤波电容C1,C2构成，Ud为直流母线电压，v为异步电机的输出转速，ia,ib,ic为异步电机定子电流，产生驱动信号控制功率管开通关断，本故障诊断算法中，ia,ib,ic,v为需要实时采集的变量。本实施例所述的一种电机驱动系统三相逆变器桥臂开路故障实时检测方法,步骤1、得出滑动窗口中采样点数的大小L；步骤2、通过采样点数的大小L计算出三相电流两两之间的协方差值(Dab,Dbc,Dca)；步骤3、计算Dab,Dbc,Dca所占的绝对百分比Kab,Kbc,Kca来完成故障的诊断与定位。具体步骤1中，根据如下公式计算滑动窗口中采样点数的大小L：np为电机的极对数，Ts为控制系统的采样周期，v为电机转速，其中，v根据速度传感器测量所得。具体步骤2中，根据如下公式实时在线求取三相电流两两之间的协方差值(Dab,Dbc,Dca)：其中Ea,Eb,Ec的求取方式如下：具体步骤3中，计算Dab,Dbc,Dca所占的绝对百分比Kab,Kbc,Kca计算方式如下：通过下述的方式完成故障的诊断与定位：k1为故障判断阈值，k1的取值范围为0-1；当取值越小时，故障诊断速度越快，但同时其故障诊断鲁棒性相应就越差，抗干扰能力越弱，在本检测方法中，其取值为0.7，具有良好的故障检测速度已经高的抗干扰能力。综上所述，三相逆变器桥臂开路故障表现如表1所示：表1本专利技术能够实时检测出任意三相逆变系统单桥臂开路故障的情况，并可以精确定位故障桥臂位置，本专利技术并对多电平逆变系统桥臂开路故障的在线检测具有指导意义，并具有如下具体效果：1、成本低，本专利技术适用于任何采用矢量控制策略的系统中，不需要额外的电压传感器；也适用于三相电机电流开环控制系统中逆变器功率管开路故障诊断。2、检测精度高，速度快，实时性高，本专利技术能够实时准确的检测变频器中任意桥臂开路故障和二次故障。3、鲁棒性好，抗干扰能力强，电机启动、变速、突加或者突减负载等动态过程不会对本专利技术的故障诊断结果产生消极影响；且该方案对电机内部参数不敏感，抗噪声能力强。4、实现简单，本专利技术可以作为一个子程序嵌入到控制程序中，不影响也无需修改控制程序。5、方案简单，不需要过多的计算，大大降低了系统的计算复杂度。以上所述仅是本专利技术的一个较佳实施例，故凡依本专利技术专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本专利技术专利申请的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机驱动系统三相逆变器桥臂开路故障实时检测方法,其特征在于：步骤1、得出滑动窗口中采样点数的大小L；步骤2、通过采样点数的大小L计算出三相电流两两之间的协方差值(Dab,Dbc,Dca)；步骤3、计算Dab,Dbc,Dca所占的绝对百分比Kab,Kbc,Kca来完成故障的诊断与定位。

【技术特征摘要】
1.一种电机驱动系统三相逆变器桥臂开路故障实时检测方法,其特征在于：步骤1、得出滑动窗口中采样点数的大小L；步骤2、通过采样点数的大小L计算出三相电流两两之间的协方差值(Dab,Dbc,Dca)；步骤3、计算Dab,Dbc,Dca所占的绝对百分比Kab,Kbc,Kca来完成故障的诊断与定位。2.根据权利要求1所述的一种电机驱动系统三相逆变器桥臂开路故障实时检测方法,其特征在于：根据如下公式计算滑动窗口中采样点数的大小L：np为电机的极对数，Ts为控制系统的采样周期，v为电机转速。3.根据权利要求2所述的一种电机驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金，杨焕文，王旭东，刘洋，耿涛，施宇翔，游继成，曾山，
申请(专利权)人：广东省智能机器人研究院，华中科技大学，深圳市海斯比船艇科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44