大型电动轮车变流系统的故障诊断研究

摘要

作为矿山装备中的超级马车夫，电动自卸车在水利水电、矿山生产等相关行业的工业发展历程中扮演着重要的角色。但与此同时，恶劣的作业环境也使得自卸卡车的事故频发，日常维护成本不断攀升。在这些故障情形中，电气部分所造成的故障尤为突出，因而受到了广泛的关注。
　　本文在研究键合图理论及其在复杂系统建模与故障诊断中应用的基础上，对电动轮自卸车的主要电气部分——功率变换部分进行了键合图建模与故障诊断研究，重点研究了开关器件开路故障的模拟和诊断。为了使键合图模型中的因果关系保持不变，给出了一种近似模拟二极管特性的方法，该方法采用分段线性函数来表示对应的导通或截止电阻。结合该表示方法和其他方法，我们得到了电动轮车变流系统的键合图模型。基于变流系统的键合图模型，用解析冗余的方法得到系统的故障特征矩阵，通过模型和故障仿真证明了这种故障诊断方法在计算残差和组合残差用于检测并隔离这些故障方面的有效性，随后给出的仿真验证结果也表明所有相关结论是准确的。此外，针对和整流和逆变两个环节，创造性地给出了一类硬件冗余结构。根据前文所描述的故障信息和诊断结果，再借助于相应的信号预处理单元，即便是出现了本文中考虑到的故障，系统也能保持原有性能不变。
　　这种方法不仅仅局限于电力电子系统，同样适用于其它领域内的混杂系统。在将来的工作中，RL负载将替换成交流电机，以研究变换器的开关故障对电机特性的影响。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 功率变换器的故障类型

1.3 变流技术及其故障诊断现状

1.4 基于键合图模型的故障诊断

1.5 主要内容及其章节安排

第二章 键合图理论

2.1 键合图原理

2.2 键合图基本组成

2.3 仿真实验

2.4 定义新原件

2.5 本章小结

第三章 变流系统建模与仿真

3.1 混合系统建模

3.2 整流器模型

3.3 逆变器模型

3.4 变流系统键合图建模

3.5 本章小结

第四章 变流系统的故障诊断

4.1 解析冗余方法

4.2 故障分析与验证

4.3 冗余设计

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 问题总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

附录:攻读学位期间发表的学术论文