电机驱动系统三种开路故障分析

夏玲芳，周骏贵，缪娟，李凯琪

（南京市产品质量监督检验院，江苏 南京 210000）

1 问题的提出

当电机驱动系统出现故障后，电机会在非对称状态下运行，输出转矩产生脉动，引起较大的机械噪声，从而导致电机系统的整体性能下降，特别是电机的输出功率将大大降低，甚至不能正常工作，会对电机系统的安全性和稳定性带来危害。

2 三种开路故障的分析

2．1 空载/轻载条件下传统开路故障诊断试验

图1为在空载条件下，电机采用传统的基于每相电流绝对值的平均值法的开路故障诊断策略，电机系统出现的误判断试验，图中F为故障诊断信号，低电平表示正常运行状态信号，高电平表示诊断出的故障运行状态。从图1中可以看出使用该策略多次将正常运行状态误判断为故障运行状态。

图1 传统开路故障诊断试验（空载条件）

图2 采用传统开路故障诊断策略和强鲁棒性开路故障诊断策略试验比对（轻载条件）

图2为在轻载条件下，电机采用传统开路故障诊断策略和强鲁棒性开路故障诊断策略的试验比对。可以看出：采用传统开路故障诊断策略存在误判断问题，两次将正常运行状态诊断为故障运行状态。而采用本文提出的强鲁棒性开路故障诊断策略后，很好地解决了误判断问题，从研究结果中可以看出采用本文提出的开路故障诊断策略后，故障诊断信号一直保持低电平，诊断结果为正常运行状态。

2．2 负载突变条件下故障诊断试验

针对电机工况条件下应用，采用提出的开路故障诊断策略，研究了负载突变时诊断精度，图3显示了负载突变条件下开路故障诊断的试验结果，其负载先突加，然后负载稳定后再突卸。图3中显示了负载在突加突卸条件下电机绕组A、B、C的电流波形和故障诊断信号F的波形，从图中可以看出故障诊断信号F一直为低电平，不会被误诊断出故障。

图3 开路故障诊断结果（负载突变条件）

2．3 单功率管、单相绕组故障诊断试验

针对电机驱动系统可能存在的功率管与绕组开路故障进行实验研究来验证提出的开路故障诊断策略的性能。从图4可以看出：功率管和绕组在发生开路故障后能够被立即被诊断出，故障诊断信号F诊断值在故障发生之前一直为低电平，当发生故障后，故障诊断信号F经过一个周期的诊断后能准确地诊断出故障，变为高电平，提示电机系统发生故障。

3 结语

相比于功率管开路故障，功率管短路故障已经存在许多比较成熟的诊断方案；而相比于功率管短路故障，功率管开路故障发生后往往电机还能够继续运行，所以更加难以被发现，但开路故障带来的危害较大，因为在此故障状态下其余功率管将流过更大的电流，容易发生过流故障；而且电机电流中会存在直流电流分量，从而引起转矩减小、发热、绝缘损坏等诸多问题，如开路故障不得到及时处理，将会引发更大的事故。因此，对电机驱动系统开路故障诊断方法的研究具有重要意义。

图4 单功率管、单相绕组故障诊断试验