電機驅動系統三種開路故障分析

夏玲芳，周駿貴，繆娟，李凱琪

（南京市產品質量監督檢驗院，江蘇 南京 210000）

1 問題的提出

當電機驅動系統出現故障后，電機會在非對稱狀態下運行，輸出轉矩產生脈動，引起較大的機械噪聲，從而導致電機系統的整體性能下降，特別是電機的輸出功率將大大降低，甚至不能正常工作，會對電機系統的安全性和穩定性帶來危害。

2 三種開路故障的分析

2．1 空載/輕載條件下傳統開路故障診斷試驗

圖1為在空載條件下，電機采用傳統的基于每相電流絕對值的平均值法的開路故障診斷策略，電機系統出現的誤判斷試驗，圖中F為故障診斷信號，低電平表示正常運行狀態信號，高電平表示診斷出的故障運行狀態。從圖1中可以看出使用該策略多次將正常運行狀態誤判斷為故障運行狀態。

圖1 傳統開路故障診斷試驗（空載條件）

圖2 采用傳統開路故障診斷策略和強魯棒性開路故障診斷策略試驗比對（輕載條件）

圖2為在輕載條件下，電機采用傳統開路故障診斷策略和強魯棒性開路故障診斷策略的試驗比對。可以看出：采用傳統開路故障診斷策略存在誤判斷問題，兩次將正常運行狀態診斷為故障運行狀態。而采用本文提出的強魯棒性開路故障診斷策略后，很好地解決了誤判斷問題，從研究結果中可以看出采用本文提出的開路故障診斷策略后，故障診斷信號一直保持低電平，診斷結果為正常運行狀態。

2．2 負載突變條件下故障診斷試驗

針對電機工況條件下應用，采用提出的開路故障診斷策略，研究了負載突變時診斷精度，圖3顯示了負載突變條件下開路故障診斷的試驗結果，其負載先突加，然后負載穩定后再突卸。圖3中顯示了負載在突加突卸條件下電機繞組A、B、C的電流波形和故障診斷信號F的波形，從圖中可以看出故障診斷信號F一直為低電平，不會被誤診斷出故障。

圖3 開路故障診斷結果（負載突變條件）

2．3 單功率管、單相繞組故障診斷試驗

針對電機驅動系統可能存在的功率管與繞組開路故障進行實驗研究來驗證提出的開路故障診斷策略的性能。從圖4可以看出：功率管和繞組在發生開路故障后能夠被立即被診斷出，故障診斷信號F診斷值在故障發生之前一直為低電平，當發生故障后，故障診斷信號F經過一個周期的診斷后能準確地診斷出故障，變為高電平，提示電機系統發生故障。

3 結語

相比于功率管開路故障，功率管短路故障已經存在許多比較成熟的診斷方案；而相比于功率管短路故障，功率管開路故障發生后往往電機還能夠繼續運行，所以更加難以被發現，但開路故障帶來的危害較大，因為在此故障狀態下其余功率管將流過更大的電流，容易發生過流故障；而且電機電流中會存在直流電流分量，從而引起轉矩減小、發熱、絕緣損壞等諸多問題，如開路故障不得到及時處理，將會引發更大的事故。因此，對電機驅動系統開路故障診斷方法的研究具有重要意義。

圖4 單功率管、單相繞組故障診斷試驗