電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開路故障診斷技術(shù)概論

潘琳

北京青云航空儀表有限公司 北京 101399

1 空載/輕載條件下傳統(tǒng)開路故障診斷試驗(yàn)

圖1為在空載條件下，電動(dòng)機(jī)采用傳統(tǒng)的開路故障診斷策略，該策略主要是以每組電流絕對(duì)值區(qū)平均值為基礎(chǔ)的方法對(duì)電機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)的誤判斷試驗(yàn)，圖中F為故障診斷信號(hào)，低電平表示正常運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，高電平表示診斷出的故障運(yùn)行狀態(tài)[1]。

圖1為在輕載條件下，電機(jī)采用傳統(tǒng)開路故障診斷策略和強(qiáng)魯棒性開路故障診斷策略的試驗(yàn)比對(duì)。可以看出：采用傳統(tǒng)開路故障診斷策略存在誤判斷問題，兩次將正常運(yùn)行狀態(tài)診斷為故障運(yùn)行狀態(tài)。而采用強(qiáng)魯棒性開路故障診斷策略后，很好地解決了誤判斷問題，結(jié)果顯示采用開路故障診斷方法后，故障診斷的信號(hào)始終處于低電平狀態(tài)，診斷出的結(jié)果顯示為運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 采用傳統(tǒng)開路故障診斷策略和強(qiáng)魯棒性開路故障診斷策略試驗(yàn)比對(duì)

2 負(fù)載突變條件下故障診斷試驗(yàn)

針對(duì)電機(jī)工況條件下應(yīng)用，采用提出的開路故障診斷策略，研究了負(fù)載突變時(shí)診斷精度，圖2為負(fù)載突變條件下實(shí)際開路故障診斷結(jié)果，其整體負(fù)載先為突加，然后負(fù)載穩(wěn)定后再突卸。圖2示出了在突然負(fù)載和無負(fù)載情況下電機(jī)繞組A、組B、組C的整體電流波形，以及故障診斷信號(hào)F的實(shí)際波形，圖中顯示故障診斷信號(hào)F總是很低，不會(huì)被誤診斷出故障[2]。

圖2 開路故障診斷結(jié)果(負(fù)載突變條件)

3 單功率管、單相繞組故障診斷試驗(yàn)

針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可能存在的功率管與繞組開路故障進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，來驗(yàn)證提出的開路故障診斷策略的性能。功率管和繞組在發(fā)生開路故障后能夠被立即診斷出。在故障產(chǎn)生前，故障診斷信號(hào)F的變值始終處于低電平，當(dāng)發(fā)生故障后，故障診斷信號(hào)F經(jīng)過一個(gè)周期的診斷后能準(zhǔn)確地診斷出故障，變?yōu)楦唠娖剑崾倦姍C(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障[3]。

4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器開路故障診斷

逆變器開路故障的幾種診斷方法：

對(duì)于已有的逆變器開路故障的診斷方法中，以電流信號(hào)為檢測(cè)變量的方法有：

4.1 平均電流Park矢量法

平均電流Park矢量法主要應(yīng)用在MSM開環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)部逆變器的短路與開路故障，但該方法的不足在于故障判據(jù)中閾值的選擇不僅依賴于負(fù)載，瞬態(tài)時(shí)易出現(xiàn)誤警報(bào),在系統(tǒng)的實(shí)際操作中，由于頻率的動(dòng)態(tài)變化，很難獲得三相電流的平均值。后來對(duì)此方法的改進(jìn)為利用Park矢量角度的求導(dǎo)來避免暫態(tài)時(shí)的誤診斷，增加了對(duì)瞬態(tài)的免疫性。

4.2 平均電流矢量法

該方法可以對(duì)電壓型逆變器供電交流電機(jī)的多個(gè)開路故障進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷,該方法基于電機(jī)相電流平均值，將平均相電流絕對(duì)值作為主要診斷變量，不僅對(duì)誤警報(bào)具有很強(qiáng)的免疫性而且可以檢測(cè)多個(gè)故障。

4.3 負(fù)載電流分析法

該方法是歸一化直流法的一種擴(kuò)展,歸一化直流法的診斷變量可以確定故障開關(guān)，但是暫態(tài)時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤診斷。該方法使用三相電流絕對(duì)平均值代替原來的基波幅值，使該診斷變量更易于實(shí)現(xiàn)，雖然也能識(shí)別故障開關(guān)的位置但是暫態(tài)時(shí)仍然產(chǎn)生誤診斷。因此，此方法使用歸一化的平均電流和其他診斷變量。由于開路故障產(chǎn)生后三相電流接近于零的部分增加了，因此，附加診斷變量傳達(dá)出的信息是相電流趨近于零時(shí)的時(shí)間百分比，可以穩(wěn)定的確定故障相且該診斷變量對(duì)暫態(tài)的免疫性較高。

5 結(jié)束語

相比于功率管開路故障，功率管短路故障已經(jīng)存在許多。功率管故障可能會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩降低，發(fā)熱、絕緣損壞和許多其他問題。如果不及時(shí)處理開路故障，可能會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的事故。因此，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開路故障診斷方法的研究具有重要意義。