開關磁阻電機功率變換器故障在線診斷

文/趙蕊

1 研究背景

開關磁阻電機系統本身相互獨立，且在使用的過程中有較高的可靠性。這樣的系統經常被運用于被要求要連續工作且環境比較惡劣的領域。且主要也被運用于系統內部發熱最嚴重且故障最高的環節。一般與功率管相關的故障也非常常見，因此會破壞整個系統的平衡，從而使得系統徹底喪失工作的能力。因此，在操作的過程中，如果能夠對功率變換器進行準確快速的檢測，則往往能夠提高系統的可靠性。

2 開關磁阻電機概述

開關磁阻電機的全稱為開關磁阻電動機調速系統，是隨著時代的發展而出現的一種新的調速系統。現代微電子技術、數字技術、電力電子技術和紅外光電技術共同合并在一起，在建設的過程中發揮著更大的作用。這樣一種集合了光、機和電于一體的新技術同時具備了直流調速系統和交流調速系統的優點。目前，開關磁阻電動機調速系統的發展已經變得越來越快，并蔓延到了我國的電器、航空、航天和電子等其他各個領域。

3 不對稱半橋功率變換器的故障檢測與診斷

3.1 新的電流傳感器檢測位置

在正常狀態下Idr 和Ifb 對應的各類電流之間的對應關系。Pa 表示的是與A 相相關的PWM 驅動信號，且需要在仿真的過程中選擇較小的PWM 頻率，從而才能夠更好地觀察各種電流的不同狀態。

在區間I 內，S2和S6均保持開通的狀態，所以在實際操作的過程中，并沒有有效的電流流過LEM2。如果此時將Pa 的值設定為1，S1和S5的關節會保持開通的狀態，A類電流和C 類電流會始終保持上升的狀態。Idr=ia+ic>0。如果Pa 的值設定為0，S1和S5會呈現開通的狀態，A 相電流也會因此上升。Idr=ia-ic。如果將Pa 的值設定為0，S1保持關斷的狀態，S2呈現開通的狀態，則A 相會流經S2和D1的位置，Idr=-Ic<0。在區間3 內，S2會一直保持開通的狀態，所以Ifb=0。如果此時Pa 的值保持為1，則Idr=+ia>0。如果Pa的值為0，則Idr 也會為0.之后，B 相和C 相也會依次重復上述的過程。只有這樣才能夠獲得與工作相關的斬波電流和續流電流，并不需要很復雜的計算環境就可以很好地完成整個過程。如果有特殊需要，也可以通過運用其他類型的斬波控制模式，才能夠有好的效果。

3.2 功率管短路故障分析

在A 相區間的內部，S1 管路也就會呈現正常斬波狀態，Idr 和Ifb 則會整體表現的相對比較正常。在進入B 相區內部之后，如果A相和B 相一直處于相同工作頻率中，則S4則會保持開通的狀態，Idr 和Ifb則會仍然保持正常的運行狀態。

在B 相區間的內部，B 相仍然會保持正常工作的狀態，A 相則沒有辦法沿著圖1內部的路徑來有效地回饋電流，只是通過S2 和D1 來有效地進行續流。所以，Ifb 內部的+ia值將會變成0。如果將Pb設定為B 相內部的PWM 驅動信號，則應該在Pb=1 時有效地開通S3。

如果Pb 為0，則應該將S3關斷，那么Idr 也就會從負數變為0。在之后一直到A 相下一個開通的位置的過程中，A 相將會持續在S2和D1之間的回饋續流中。正是由于電流沒有流過LEM1 和LEM2 的位置，則Idr 和Ifb也就不會表現出故障。

圖1：單管短路故障下驅動信號與各電流的仿真波形

如果PWM 斬波管在S1 的位置出現了短路的故障，則在之后沒有辦法更好地對A 相進行斬波控制。圖1有效地顯示了驅動信號和各個電流之間的對應關系。正是因為S1的內部存在著數量較多的故障通路，所以A 相則一直都存在于B 相區間之內。在這中間，母線的電流沒有從中間流過，Idr>0，將會之后表現出更加明顯的故障特征。在B 相區間之內，A 相將在S1和D2內部持續地進行續流。如果Pb=1，則內部的Idr=ib>0，且在內部不會產生很大的變化。如果Pb=0，則Idr 會從負值變為0。在這之后又會直接到達A 相的下一個開通的位置。A 相本身將會持續在S1和D2內部呈現較大的回饋電流，Idr 本身將會表現的非常正常。Ifb 在運行的過程中將會一直保持較大的正值，并在之后表現出更明顯的故障特征。

4 結束語

綜上所述，本文從開關磁阻功率變換器的概念入手，具體分析不對稱半橋功率變換器的主要類型，并介紹了不對稱半橋功率變換器的故障檢測與診斷的兩種情況。在實際進行故障診斷和維修的過程中，大家還需要結合具體的案例進行全面的分析，以便給大家更多的參考性意見。