开关磁阻电机功率变换器故障在线诊断

2019-04-26赵蕊

电子技术与软件工程 2019年6期

文/赵蕊

1 研究背景

开关磁阻电机系统本身相互独立，且在使用的过程中有较高的可靠性。这样的系统经常被运用于被要求要连续工作且环境比较恶劣的领域。且主要也被运用于系统内部发热最严重且故障最高的环节。一般与功率管相关的故障也非常常见，因此会破坏整个系统的平衡，从而使得系统彻底丧失工作的能力。因此，在操作的过程中，如果能够对功率变换器进行准确快速的检测，则往往能够提高系统的可靠性。

2 开关磁阻电机概述

开关磁阻电机的全称为开关磁阻电动机调速系统，是随着时代的发展而出现的一种新的调速系统。现代微电子技术、数字技术、电力电子技术和红外光电技术共同合并在一起，在建设的过程中发挥着更大的作用。这样一种集合了光、机和电于一体的新技术同时具备了直流调速系统和交流调速系统的优点。目前，开关磁阻电动机调速系统的发展已经变得越来越快，并蔓延到了我国的电器、航空、航天和电子等其他各个领域。

3 不对称半桥功率变换器的故障检测与诊断

3.1 新的电流传感器检测位置

在正常状态下Idr 和Ifb 对应的各类电流之间的对应关系。Pa 表示的是与A 相相关的PWM 驱动信号，且需要在仿真的过程中选择较小的PWM 频率，从而才能够更好地观察各种电流的不同状态。

在区间I 内，S2和S6均保持开通的状态，所以在实际操作的过程中，并没有有效的电流流过LEM2。如果此时将Pa 的值设定为1，S1和S5的关节会保持开通的状态，A类电流和C 类电流会始终保持上升的状态。Idr=ia+ic>0。如果Pa 的值设定为0，S1和S5会呈现开通的状态，A 相电流也会因此上升。Idr=ia-ic。如果将Pa 的值设定为0，S1保持关断的状态，S2呈现开通的状态，则A 相会流经S2和D1的位置，Idr=-Ic<0。在区间3 内，S2会一直保持开通的状态，所以Ifb=0。如果此时Pa 的值保持为1，则Idr=+ia>0。如果Pa的值为0，则Idr 也会为0.之后，B 相和C 相也会依次重复上述的过程。只有这样才能够获得与工作相关的斩波电流和续流电流，并不需要很复杂的计算环境就可以很好地完成整个过程。如果有特殊需要，也可以通过运用其他类型的斩波控制模式，才能够有好的效果。

3.2 功率管短路故障分析

在A 相区间的内部，S1 管路也就会呈现正常斩波状态，Idr 和Ifb 则会整体表现的相对比较正常。在进入B 相区内部之后，如果A相和B 相一直处于相同工作频率中，则S4则会保持开通的状态，Idr 和Ifb则会仍然保持正常的运行状态。

在B 相区间的内部，B 相仍然会保持正常工作的状态，A 相则没有办法沿着图1内部的路径来有效地回馈电流，只是通过S2 和D1 来有效地进行续流。所以，Ifb 内部的+ia值将会变成0。如果将Pb设定为B 相内部的PWM 驱动信号，则应该在Pb=1 时有效地开通S3。

如果Pb 为0，则应该将S3关断，那么Idr 也就会从负数变为0。在之后一直到A 相下一个开通的位置的过程中，A 相将会持续在S2和D1之间的回馈续流中。正是由于电流没有流过LEM1 和LEM2 的位置，则Idr 和Ifb也就不会表现出故障。

图1：单管短路故障下驱动信号与各电流的仿真波形

如果PWM 斩波管在S1 的位置出现了短路的故障，则在之后没有办法更好地对A 相进行斩波控制。图1有效地显示了驱动信号和各个电流之间的对应关系。正是因为S1的内部存在着数量较多的故障通路，所以A 相则一直都存在于B 相区间之内。在这中间，母线的电流没有从中间流过，Idr>0，将会之后表现出更加明显的故障特征。在B 相区间之内，A 相将在S1和D2内部持续地进行续流。如果Pb=1，则内部的Idr=ib>0，且在内部不会产生很大的变化。如果Pb=0，则Idr 会从负值变为0。在这之后又会直接到达A 相的下一个开通的位置。A 相本身将会持续在S1和D2内部呈现较大的回馈电流，Idr 本身将会表现的非常正常。Ifb 在运行的过程中将会一直保持较大的正值，并在之后表现出更明显的故障特征。