基于Park變換的三電平逆變器開路故障診斷

任曉紅， 萬紅， 俞嘯， 丁恩杰

(中國礦業大學 信息與控制工程學院， 江蘇 徐州 221008)

0 引言

目前，礦井提升機、帶式輸送機等設備中的電動機控制系統都裝配了多電平逆變器[1-2]。大部分礦井提升機中使用的是二極管鉗位式(Neutral Point Clamped, NPC)三電平逆變器[3]。由于NPC三電平逆變器所需的絕緣柵極型雙極晶體管(Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT)較多，結構復雜，任何一個IGBT發生故障都可能對整個系統造成影響[4-7]。IGBT故障包括開路故障和短路故障[8-9]。短路故障可以通過硬件自身的保護電路進行實時監測，一旦功率開關器件發生短路，保護電路會斷開IGBT，將短路故障轉換為開路故障。而開路故障不易發現，若逆變器長期在開路故障條件下運行，可能導致電動機發熱、絕緣損壞等問題，引發更大事故[10]。因此，對三電平逆變器功率管開路故障進行及時準確的診斷對礦山安全生產具有重要意義。

文獻[11]針對多電平逆變器提出了一種基于小波包變換-主元分析-神經網絡算法的故障診斷方法，該方法需要大量數據訓練分類器，并且計算消耗相對較高。文獻[12]通過逆變器-電動機的系統模型獲取電流信號參考值，通過其與實測電流信號的差異判斷功率管故障，但該方法對噪聲比較敏感，故障診斷準確率低。文獻[13]提出了一種基于輸出線間電壓模型的單開關開路故障診斷技術，然而該方法需要逆變器輸出電壓具有周期性的正負特性，且受負載變化影響。文獻[14]提出了一種基于快速傅里葉變換、相對主成分分析和支持向量機的新型故障診斷方法，該方法采用傅里葉變換進行信號時頻域變換，容易丟失時域中的信號特征，從而影響故障診斷準確率。……