本发明专利技术公开了一种电力电子电路的状态监测与故障诊断装置，其结构为：磁场检测模块检测电力电子电路的磁场强度，信号调理模块对电压信号进行放大，模数转换模块进行模数转换；故障诊断模块包括时域频域转换模块、特征分类模块和综合诊断模块；时域频域转换模块用于对时域波形进行频率特征提取，并分别提供给特征分类子模块；特征分类子模块分别对接收的子集进行分类对比，得到各个特征子集所对应的局部诊断结果，并将其提供给综合诊断模块；综合诊断模块对每一个特征子集的局部诊断结果进行综合，得到最终的诊断结论。该装置实现检测装置与主电路的自然隔离；对磁场信号所包含的不同信息进行分别处理后再进行综合判断，准确度更高；可应用于各种类型的电力电子电路中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电力电子电路技术，具体涉及一种电力电子电路的状态监测与故 障诊断装置，是一种基于磁场近场辐射的电力电子电路非接触式状态监测与故障诊断装置。
技术介绍
随着电力电子技术的快速发展，以开关电源、UPS电源和变频电源为代表的电力电 子产品在各行各业中得到了广泛的应用，他们的正常运行对保证电力系统以及工业生产过 程中的安全、高效、优质运行十分重大，因而其可靠性、故障诊断与功能重构技术、电磁兼容 性都是必须要研究的课题。对电力电子电路进行故障诊断，能及时地发现电路中的异常，判 断故障部位和产生原因，及早采用有效措施，防范于未然；进行电力电子电路故障诊断的另 一好处是在冗余系统中切除故障模块，投入冗余部分，维持整个系统正常运行。通常所说的电力电子电路故障均指其主电路的故障，虽然电力电子电路的控制电 路也可能发生故障，但是相对来说，只要控制电路设计好之后，它发生故障的几率比主电路 发生故障的几率要小得多。实践表明，功率器件是电力电子电路中脆弱的一环，绝大多数故 障变现为功率器件的开路和短路，尤其是故障瞬间，基本上都是短路性故障。在设计中可 以采用增大功率器件额定容量的办法提高电力电子电路的可靠性，但是这将增大装置的体 积、重量，减小功率密度，加大成本。早期对于电力电子的故障诊断，大都采用直接测量电压、电流的方法，根据电压、 电流的波形、幅值和频谱进行故障诊断；后期由于信号处理技术和人工智能技术的发展，衍 生出大量用于电力电子电路的故障诊断方法，如模式识别、专家系统、人工神经网络等。近 年来的发展表明故障诊断方法已有简单的信号处理向复杂的人工智能处理方式上发展； 诊断系统的组成由模拟电路向集成化、数字化方向发展。但是，一般来说，上述检测方法都 需要测量电力电子电路的电量如电压和电流，传感器必须与主电路有物理连接，它们可统 称为接触式故障诊断法。接触式故障诊断法对于电力电子变换器，尤其是中、高压大功率的 电力电子变换器，存在着如下难以克服的缺点①由于需要电压电流互感器、霍尔等测量元件，而检测元件具有寄生参数，检测电 路实际上不能与主电路完全隔离，电磁干扰大，诊断可能出现偏差；②对于中、高压大容量变换器，其电压高、电流大，需要较大的电压、电流互感器， 造价高；③在主电路中插入电压、电流传感器，需改变原电路的电路结构。④大多数故障诊断方法是针对某个具体电路而提出的，当将它应用另一电路中 时，就必须重新构建主电路以及定义故障诊断规则。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述电力电子电路故障诊断的缺点而提供一种电力电子电路的状态监测与故障诊断装置，该装置以磁场信号为检测对象，从而实现检测装置与 主电路的自然隔离；对磁场信号所包含的不同分量进行分别处理后再进行综合判断，准确 度更高；可应用于各种类型的电力电子电路中，通用性更广。为达到上述目的，本专利技术提出的一种电力电子电路的状态监测与故障诊断装置， 其特征在于，该装置包括磁场检测模块、信号调理模块、模数转换模块和故障诊断模块；磁场检测模块用于检测电力电子电路的磁场强度，并将检测得到的信号转化为电压信号后提供给信号调理模块；信号调理模块用于对接收的电压信号进行放大，提供给模数转换模块；模数转换模块用于将放大后的电压信号进行模数转换，将模拟信号转化成数字信 号，提供给故障诊断模块，该数字信号为表征电力电子电路磁场强度的时域信号；故障诊断模块用于对接收的数字信号进行分析，得到最终的诊断结论；故障诊断 模块包括时域频域转换模块、综合诊断模块和η个特征分类子模块；η为正整数，表示电力 电子电路中所存在的等效磁场源的数量；时域频域转换模块用于对时域波形进行特征提取，得到η组频率成分子集，并分 别提供给特征分类子模块；特征分类子模块分别对所接收到的频率成分子集进行分类，得到每组频率成分子 集所对应的分类结果，该分类结果为该组频率成分子集所对应的等效磁场源具有的一种标 准工作状态；综合诊断模块用于将各个特征分类模块的分类结果进行进一步的综合诊断，各分 类结果与预先制定的诊断表进行对比，查表得到实际电路的最终诊断结论。与现有的基于电压、电流信号的故障诊断技术相比，本专利技术采用磁场探头作为测 量工具，基于磁场辐射信号进行状态监测与故障诊断，本装置具有如下优势磁场信号的采集不需要与主电路有物理接触。状态监测与故障诊断电路将与主电 路完全隔离，同时也避免了使用大量大型电压、电流传感器；一个磁场探头可以检测到同一 电力电子电路中多种磁场源发出的耦合信号，在同一测量信号中包括了更多的有用信息。 对这些信息进行分别处理以及综合分析，可以得到更精确的监测与诊断结果；由于电力电 子电路工作于开关模式，存在多个等效磁场源，磁场辐射是电力电子电路上的固有特性，因 而本装置适用于所有的电力电子电路。附图说明图1为本专利技术中状态监测与诊断装置的示例性流程图；图2为本专利技术实例中状态监测与诊断装置的流程图；图3为本专利技术实例中BUCK电路示意4为本专利技术实例中磁场近场探头测量波形；图5为本专利技术实例中频域信号识别图；图6为本专利技术实例中磁场近场探头测量波形的幅频特性图。具体实施例方式下面结合附图1对本专利技术作进一步说明。本专利技术装置由四个模块组成。各模块的功能简介如下磁场检测模块1用于实现电力电子电路近场磁场的精确测量，包括磁场探头以及 用于固定磁场探头的非金属支架。设电力电子电路中同时存在η个等效磁场源(η为正整数，其值与实际测量的电力 电子电路的构造有关)，每个磁场源均向空间发射出具有不同频率特征的电磁波。这些电磁 波在空间互相耦合，形成具有复合频率特性的磁场 。为了实现磁场近场的精确测量，需针对 具体的电力电子电路，选用不同形状与分辨率的磁场探头。具有复合频率特性的磁场将在磁场探头上感应出具有复合频率特性的电压。该感 应电压内含该η个磁场源工作状态信息。非金属支架用于将磁场探头固定于被测电力电子 电路的关键元件附近，以便获得最佳的测量效果，同时非金属材料不会对已有磁场产生影 响。信号调理模块2用于对感应电压进行不失真的放大，以便适应下一级处理电路的 要求。模数转换模块3用于将放大后的模拟电压信号转化成数字信号，以便进行数字化 处理。由于电压信号中包含了丰富的频率成分，为了保证模数转换结果不失真，需选用高速 的模数转换芯片。同时选用高速的缓存单元来存储转换结果。模数转换模块既可以由示波 器配合相应的软件实现，也可以用以模数转换芯片为核心的电路构建而成。故障诊断模块4是本专利技术的核心部分，它由若干个子模块组成，用于对所得的数 字信号进行分析，从而得到最终的诊断结论。故障诊断模块4包括时域频域转换模块5、η 个特征分类子模块6. 1，6. 2，……，6. η和综合诊断模块7。模数转换后的数字信号仍为时域信号，由于随机误差与噪声的存在，时域信号不 便用于故障分析，因此需要使用时域频域转换模块5对电压信号进行转换。根据所测电力 电子电路电磁近场的特点，应选取不同的时域频域转换方法。时域信号为周期信号时，采用 快速傅里叶(FFT)变换；时域信号为短时突变信号时，采用小波变换。通过时域频域转换，可以得到该电压信号的频率谱，该频率谱表征了该电压信号 所包含的各种频率成分的强弱，因而可以重新从频率谱中分离出η组频率成分子集来。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电力电子电路的状态监测与故障诊断装置，其特征在于，该装置包括磁场检测模块（１）、信号调理模块（２）、模数转换模块（３）和故障诊断模块（４）；磁场检测模块（１）用于检测电力电子电路的磁场强度，并将检测得到的信号转化为电压信号后提供给信号调理模块（２）；信号调理模块（２）用于对接收的电压信号进行放大，提供给模数转换模块（３）；模数转换模块（３）用于将放大后的电压信号进行模数转换，将模拟信号转化成数字信号，提供给故障诊断模块（４），该数字信号为表征电力电子电路磁场强度的时域信号；故障诊断模块（４）用于对接收的数字信号进行分析，得到最终的诊断结论；故障诊断模块（４）包括时域频域转换模块（５）、综合诊断模块（７）和ｎ个特征分类子模块（６．１，６．２，……，６．ｎ）；ｎ为正整数，表示电力电子电路中所存在的等效磁场源的数量；时域频域转换模块（５）用于对时域波形进行频率特征提取，得到ｎ组频率成分子集，并分别提供给特征分类子模块（６．１，６．２，……，６．ｎ）；特征分类子模块（６．１，６．２，……，６．ｎ）分别对所接收到的频率成分子集进行分类，得到每组频率成分子集所对应的分类结果，该分类结果为该组频率成分子集所对应的等效磁场源所具有的一种标准工作状态；综合诊断模块（７）用于将各个特征分类模块的分类结果进行进一步的综合诊断，各分类结果与预先制定的诊断表进行对比，查表得到实际电路的最终诊断结论。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：裴雪军，陈宇，聂松松，康勇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
0来自[未知地区] 2012年07月20日 09:00你好