一种开关磁阻电机功率变换器主电路故障诊断方法

摘要

一种开关磁阻电机功率变换器主电路故障诊断方法，通过检测开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压瞬态值，计算出直流母线滤波电容电压的序列方差和功率谱熵，作为故障特征量，采用整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路的直流母线滤波电容电压的序列方差曲线和直流母线滤波电容电压功率谱熵曲线，诊断出开关磁阻电机功率变换器主电路上管短路故障、下管短路故障及单相开路故障。故障诊断可靠，效果明显，且减少了对传感器的需求，性价比高、实用性强，效果好，具有广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机功率变换器主电路故障诊断方法，尤其是一种基于直流母线滤波电容电压脉动的适用于各种相数、各种拓扑结构的开关磁阻电机功率变换器主电路的故障诊断。

背景技术

开关磁阻电机功率变换器主电路中的功率半导体元器件是最易发生故障的薄弱环节，故障多表现为功率管的开路或直通短路。潮湿、多尘的工作环境也将增加变换器主电路的故障率。及时准确的故障诊断可以阻止故障的扩大，减小故障引起的损失。传统的开关变换器主电路故障诊断方法需要测试节点多，抗干扰性差，同时增加了硬件成本和系统复杂度。交流电源经整流桥整流后输出脉动的直流电压，需由电容滤成波动较平缓的直流电压，但滤波电容电压脉动明显。通过提取直流母线滤波电容电压信号特征实现对功率开关管故障识别，此方法对于系统的整体保护很有效，且减少了传感器需求，对降低检测成本，优化诊断系统很有意义。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种基于直流母线滤波电容电压脉动的开关磁阻电机功率变换器主电路故障诊断方法。

本发明的目的是这样实现的：

检测开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容C的电压u₁(n)瞬态值；由公式：计算出直流母线滤波电容电压的序列方差Var，式中，N为正整数；再由公式：计算出直流母线滤波电容电压的功率谱熵P，作为故障特征量，式中，S_n(n＝1，2，...，N)为直流母线滤波电容电压的功率谱，N为正整数；得到整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路的直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线和直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线；

将开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压的序列方差Var和功率谱熵P作为故障特征量，来诊断功率变换器的主电路是否有故障；

当整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路的直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线的数值低于1.5伏²和直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线的数值低于0.25时，属正常运行状态；

当整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路的直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线的数值比正常运行状态下的大8.0伏²以上、直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线的数值比正常运行状态下的大0.1以上时，属功率变换器主电路上管短路状态；

当在高速区的开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线的数值比正常运行状态下的大1.0伏²以上、直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线的数值均比正常运行状态下的大0.025以上时，属功率变换器主电路下管短路状态；

当整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路的直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线和直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线的数值均比正常运行状态下的曲线的数值大，且低速区的开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线的数值比正常运行状态下的大4.0伏²以上、直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线的数值均比正常运行状态下的大0.075以上时，属功率变换器主电路单相开路状态。

有益效果：由于采用了上述方案，基于整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路的直流母线滤波电容电压的序列方差曲线和直流母线滤波电容电压功率谱熵曲线的数值，与正常运行状态下的相比较，可以诊断出开关磁阻电机功率变换器主电路上管短路故障、下管短路故障及单相开路故障。故障诊断可靠，效果明显，且减少了对传感器的需求，性价比高、实用性强，效果好，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例开关磁阻电机三相不对称桥式功率变换器主电路结构示意图；

图2是本发明的开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压序列方差曲线示意图；

图3是本发明的开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压功率谱熵曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

本发明以开关磁阻电机三相不对称桥式功率变换器主电路为例，如图1所示，图中的三相不对称桥式功率变换器有直流母线滤波电容C，通过仪表检测直流母线滤波电容C的电压u₁(n)瞬态值，计算出直流母线滤波电容电压的序列方差Var：

$\mathrm{Var}=\frac{1}{N-1}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(u_1\left(n\right)-\overline{u_1})}^2---\left(1\right)$

式中，N为正整数；计算出直流母线滤波电容电压的功率谱熵P：

$P=-{\left(\ln N\right)}^{-1}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_n\ln p_n---\left(2\right)$

式中，S_n(n＝1，2，...，N)为直流母线滤波电容电压的功率谱，N为正整数。

由公式(1)得到整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线，图2所示；由公式(2)得到整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线，图3所示；

将开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压的序列方差Var和功率谱熵P作为故障特征量，来判断图1中的三相不对称桥式功率变换器的主电路是否有故障；

正常运行状态下：电容电压的序列方差Var不超过1.5伏²，电容电压功率谱熵P不超过0.25，整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路的直流母线滤波电容电压序列方差曲线和直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线的数值都很低；

功率变换器主电路上管短路状态下：电容电压的序列方差Var均超过10.0伏²，电容电压功率谱熵P均超过0.35，整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路的直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线和直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线的数值均比正常运行状态下的大的多；

功率变换器主电路下管短路状态下：在高速区的开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线和直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线的数值均比正常运行状态下的大；即在高速区的开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压的序列方差Var比正常运行状态下的大1.0伏²以上；在高速区的开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压功率谱熵P比正常运行状态下的大0.025以上；

功率变换器主电路单相开路状态下：整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器主电路的直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线和直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线的数值均比正常运行状态下的大，且低速区的开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压的序列方差Var曲线和直流母线滤波电容电压功率谱熵P曲线的数值均比正常运行状态下的大的多；即在低速区的开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压的序列方差Var比正常运行状态下的大大4.0伏²以上；在低速区的开关磁阻电机功率变换器主电路直流母线滤波电容电压功率谱熵P比正常运行状态下的大0.075以上。