开关磁阻电机功率变换器故障在线诊断方法研究

针对开关磁阻电机调速系统功率器件故障的在线诊断问题,以不对称半桥功率变换器为研究对象,提出一种基于直流分量、谱比特征值和转速脉动特征值的功率管故障在线诊断方法.根据功率变换器发生开路故障后相电流频谱中直流分量趋于零、发生短路故障后直流分量急剧增大的特点,在利用相对谱比系数判断短路故障的基础上对其计算方法进行改进,提出了谱比特征值的概念,并将直流分量的幅值与谱比特征值用于检测故障类型,避免了大量运算对在线检测的不利影响.另外,根据同一相中位置管和斩波管发生短路故障后电机转速脉动大小不同的特点,提出将故障前后转速脉动系数的比值作为转速脉动特征值,并根据转速脉动特征值的变化定位故障功率管.所提出的方法可以快速检测故障类型、故障相并定位故障功率管,解决了目前开关磁阻电机功率变换器故障在线检测方法存在的响应时间长、运算量大、不能定位故障功率管等缺点.最后通过实验,验证了该方法的可行性和有效性.     

开关磁阻电机中功率变换器故障在线诊断方法

针对不对称半桥式功率变换器的主电路拓扑,通过理论分析和仿真实验,对变换器中的功率管短路和开路故障诊断进行研究。基于电压脉宽调制斩单管控制策略,分析变换器单相功率管故障情况下,斩波电流和续流电流的故障表现。通过改变电流传感器位置,提出一种基于直流母线电流和续流总线电流数字化信号的变换器故障在线诊断方案。故障模拟实验验证了所提方法的正确性和实用性。该方法相对于传统的三相电流检测方案,节省了传感器数目,可实现故障定位,具有诊断迅速、可靠性高的优点。     

基于小波变换的开关磁阻电机系统功率变换器故障诊断

适用于开关磁阻电机(SRM)驱动系统的功率变换器是决定系统可靠性的关键环节,功率变换器的长时间故障运行会导致整个系统的崩溃,因此,功率变换器的故障诊断具有重要的作用。采用离散小波变换方法,提取故障相电流的平均值与标准差的比值作为诊断特征量,对功率变换器斩波管和位置管的4种故障类型进行分析和讨论,实现了故障类型的确定与故障器件的定位。最后通过仿真和试验验证了所提的故障诊断方法具有良好的可行性和有效性。     

双凸极电机全桥变换器单相开路故障容错方案

电机驱动系统中变换器是最薄弱、故障出现率最高的环节,故障后电机运行在非平衡状态,长时间工作将导致电机损坏,使整个系统丧失工作能力。因此对驱动系统变换器故障的检测、诊断是提高系统可靠性,实现容错运行的关键。该文对电励磁双凸极电机驱动系统的全桥变换器单相故障进行了分析,对各种故障状态进行了分类;通过将故障桥臂切除,重构系统变换器,使驱动系统能够故障后容错运行,并能够维持系统的输出特性。实验验证了该容错方案能够实现驱动系统从故障状态到容错运行的平滑、可靠切换,有效提高了系统的可靠性。     

四相开关磁阻电机功率变换器故障检测技术

功率变换器是开关磁阻电机调速系统重要组成部分,也是较容易出现故障的机构之一,长期故障运行必将对整个系统造成损坏。本文以不对称半桥型功率变换器为研究对象,基于电机正常运行与故障运行时直流母线电流、相电流的不同表现提取故障特征量,并结合功率元件通断状态进行综合分析,提出一种开关磁阻电机功率变换器的故障检测方案。仿真与实验结果,表明该检测方案在高速、低速运行时可快速准确地诊断出故障相、判断出故障类型、及时定位出故障元件,节省了电流传感器数目,具有较高的可靠性。     

基于小波包能量分析的开关磁阻电机功率变换器故障诊断

功率变换器在开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)系统中占有极其重要的地位,也是系统中最容易发生故障的薄弱环节。功率变换器故障将导致电机运行于非平衡状态,长时间运行可能会导致电机和其他模块损坏,使系统完全丧失工作能力。以SRM不对称半桥型功率变换器为研究对象,采用对相电流进行小波包分解的方法,对功率开关管短路和开路故障进行分析和研究。提出以小波包节点能量离散度作为故障特征量,通过判断故障前后相电流节点能量离散度的变化情况,判断功率变换器发生的故障类型并准确定位故障桥臂。通过仿真与实验的对比分析,验证了该方法的有效性和实用性。     

基于电流分析的开关磁阻电机功率变换器故障检测方法EI北大核心CSCD

以开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器为研究对象,提出一种该类电机不对称半桥型功率变换器主功率元件开路与短路故障综合在线检测方法。通过对开路与短路故障机理分析,挖掘故障相电流的奇异特征,揭示主功率元件开路与短路故障下各相电流差值畸变规律,提取故障特征量,提出并建立故障特征量集合,选取各相电流两两间差值为集合中诊断判定元素,设定诊断判据,实现故障发生、故障类型与故障相的诊断。再综合分析故障相电流的退磁时间占比与功率元件通断状态识别出故障元件。仿真与实验结果表明,该方法在不同工况下均可快速准确诊断出故障详情,且无需附加任何额外传感器。     

基于电流分析的开关磁阻电机功率变换器故障检测方法

以开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器为研究对象,提出一种该类电机不对称半桥型功率变换器主功率元件开路与短路故障综合在线检测方法。通过对开路与短路故障机理分析,挖掘故障相电流的奇异特征,揭示主功率元件开路与短路故障下各相电流差值畸变规律,提取故障特征量,提出并建立故障特征量集合,选取各相电流两两间差值为集合中诊断判定元素,设定诊断判据,实现故障发生、故障类型与故障相的诊断。再综合分析故障相电流的退磁时间占比与功率元件通断状态识别出故障元件。仿真与实验结果表明,该方法在不同工况下均可快速准确诊断出故障详情,且无需附加任何额外传感器。     

一种新型四相SR电机功率变换器的分析与设计

功率变换器是开关磁阻电机调速系统(SRD)中的重要组成部分,现有的各种功率变换器都存在着种种问题和不足,关键是不能保证较好的性能价格比。通过对两种常用的四相开关磁阻电机(SR)功率变换器主电路的分析,优化和综合常用的主电路,给出了目前最优的四相SR电机功率变换器主电路型式,即最少主开关型,提高了经济性和实用性。结合研制实践,介绍了5.5kW的SR电机新型功率变换器的实际电路、主要器件及其定额的选择。该方案已成功地通过了实验应用,结合降低SR电机转矩波动的有效手段,实现了电机实时双相绕组通电稳定运行。     

三相逆变器功率管故障智能诊断研究

以三相逆变器-电动机驱动系统为例,研究基于神经网络的逆变器故障智能诊断方法.在三相逆变器易发的功率管开路故障、短路故障及短路故障后逆变器工作状态理论分析和仿真实验研究基础上,建立三相逆变器故障仿真模型.通过仿真实验获取逆变器故障状态下的电机定子电流信号数据,利用信号分段方法提取故障特征构造神经网络的学习样本,并以此训练神经网络,确定用于三相逆变器故障诊断的神经网络结构和参数.在感应电机矢量控制系统中进行仿真验证,仿真实验结果表明,该方法相对已有逆变器故障诊断方法,具有诊断迅速、可靠性高的优点,可在20ms内在线完成上述各种功率管故障的诊断.     

Investigation of fault modes of voltage-fed inverter system forinduction motor drive

The reliability of power electronics systems is of paramount importance in industrial, commercial, aerospace, and military applications. The knowledge about the fault mode behavior of a converter system is extremely important from the standpoint of improved system design, protection, and fault tolerant control. This paper describes a systematic investigation into the various fault modes of a voltage-fed PWM inverter system for induction motor drives. After identifying all the fault modes, a preliminary mathematical analysis has been made for the key fault types, namely, input supply single line to ground fault, rectifier diode short circuit, inverter transistor base drive open, and inverter transistor short-circuit conditions. The predicted fault performances are then substantiated by simulation study. The study has been used to determine stresses in power circuit components and to evaluate satisfactory post-fault steady-state operating regions. The results are equally useful for better protection system design and easy fault diagnosis. They will be used to improve system reliability by using fault tolerant control     

基于实时电流幅值的风电整流器故障诊断方法

直驱式风电系统整流器的开路故障会造成机侧交流电流半相缺失、直流侧电压波动、发电机转速波动等问题,严重影响风力发电系统的运行稳定性。文中提出一种基于实时电流幅值的永磁直驱风电系统整流器开路故障诊断方法,利用电机的运行特性来计算实时电流幅值,实现对故障的实时诊断和定位;将故障状态下的电流幅值与设定的电流幅值阈值进行比较,利用电流幅值异常所在区间来判定故障开关管位置,消除误差和外界条件变化带来的误诊断。实验结果验证了理论分析的正确性和故障诊断方法的有效性,通过与其他方法进行对比,验证了文中方法的检测速度和多管故障的诊断能力。     

用于故障穿越的飞轮储能双三相异步电机驱动控制研究

随着海上风电场的发展和高压直流输电技术的应用,风电场系统存在交流侧故障穿越的问题。针对这个问题,提出了一种用于故障穿越的基于模块化多电平变频器和双三相异步电机的飞轮储能系统,并设计了其驱动控制方案。飞轮储能系统采用了模块化多电平技术能方便地构建大功率高压变频器,并具备扩容能力。为了提高飞轮储能系统的可靠性,采用了双三相异步电机驱动,从而提高了冗余性。接着设计了能均衡各个模块电容电压的双三相异步电机驱动控制算法。最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了风电场和飞轮储能系统的仿真模型,进行了仿真计算。仿真结果验证了飞轮储能系统的功能和驱动控制策略的性能。     

航空用高可靠永磁容错电机及其驱动系统的研究现状与发展

随着多电飞机的飞速发展,对飞机电作动系统的要求也越来越高,除了要满足特定功能外,还必须具备高可靠性和强容错性,因此容错电机驱动系统得到了越来越多的关注。本文针对当前研究较多、关注较高、极具前景的永磁容错电机及其驱动系统,分别对现有永磁容错电机及其驱动系统的研究现状、永磁容错电机驱动系统容错控制策略的研究现状进行了详细介绍与分析,并从具有容错能力方面、所需独立电源数量方面、所需功率开关管数量方面、整体容量功率比方面以及容错控制策略方面对现有常见的各种航空用永磁容错电机驱动系统进行了综合性能的对比分析。最后对航空用高可靠永磁容错电机及其驱动系统未来的发展进行了讨论与展望     

基于双线性观测器的双馈风电机组变流器功率管开路故障诊断

针对双馈风电机组变流器的开路故障,提出一种基于双线性观测器的故障诊断方法。从双馈感应发电机和变流器的数学模型出发,根据模型的非线性特点,推导双馈风电机组变流系统的双线性模型,并构造出变流系统的双线性电流观测器。通过电流观测器得到变流器的电流残差信息,并据此对变流器进行故障检测,然后利用电流平均值定位出具体故障器件。考虑到功率管开关延时、死区时间及测量噪声的影响,设计自适应阈值进行故障判断,保证了诊断的鲁棒性。通过不同故障类型和电网电压跌落的仿真分析,验证了所提开路故障诊断方法的有效性和可靠性。     

基于小波变换的无刷直流电机逆变器故障诊断

故障诊断是实现电机容错控制的前提,为了提高电机系统的可靠性,针对无刷直流电机驱动系统中逆变器功率管的开路故障,采用小波变换对电机三相电流信号进行分析,为了能快速地提取故障信息,提出利用3层以上细节信号的乘积作为检测信号,根据乘积信号的小波变换能够准确找到故障点,以低频小波信号的能量值作为提取特征来识别发生故障的逆变器功率管。该方法故障识别可靠性高,信号特征提取算法简单。仿真及实验结果验证了所提方法的有效性和准确性。     

Research on structure and space vector modulation of a matrix converter drive under fault mode operations

A matrix converter drive with fault-tolerant capability is presented to provide fault mode operations and improve reliability of the converter system. This paper proposes a converter structure based on the matrix converter, which can be reconfigured with the help of auxiliary devices at the event of fault occurrence. The additional devices are employed to detach a damaged leg of the converter from the drive and to bypass a load phase connected to the faulty leg. Under fault operating modes, novel post-fault modulation techniques with only six available bi-directional switches are proposed to generate three-phase balanced sinusoidal output voltage/current sets to loads. The converter reconfigurations and the associated modulation schemes are individually developed depending on a location of fault, because the matrix converter directly generates output waveforms from time-varying input voltages. As a result, no matter which phase is involved in failure, the added fault-tolerant algorithms presented can guarantee continuous operation and provide improved reliability of the overall matrix converter system. Simulation and experimental results are shown to demonstrate the feasibility of the proposed fault-tolerant schemes to the matrix converter drives.     

模块化多电平高压变频技术研究综述

模块化多电平换流器(MMC)作为一种新型高压大功率拓扑结构,不仅在直流输电领域中获得广泛关注,也在高压变频领域颇具应用前景。与传统的高压变频器拓扑相比较,模块化多电平换流器在灵活性、可靠性、电压波形质量、输入变压器设计、电压功率等级等方面均展现出一系列技术优势。为促进中国高压变频技术的发展,对MMC变频器的电路特点、子模块结构、调制方法、电容电压平衡策略、谐波分析、环流抑制、启动预充电、故障容错与可靠性、低频运行等方面的最新研究进展进行详细分析评述,并指出模块化多电平高压变频技术的研究难点与挑战。     

多相永磁同步电机磁场解析建模与容错性能分析

为了快速、准确计算多相永磁同步电机(PMSM)在一相或多相绕组故障发生时的容错运行能力,基于傅里叶级数分析方法,在二维极坐标系下建立了多相内转子表贴式永磁同步电机（SPMSM）绕组缺相不对称运行下的空载、负载磁场解析计算模型,并对气隙磁密、空载反电动势(EMF)以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算。设计制作一台44极48槽12相船舶用内转子SPMSM,并通过有限元分析和试验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,为了提高多相电机的容错能力,以最小等值相电流为优化目标,建立了多相电机驱动系统一相绕组开路故障容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,对12相SPMSM的容错性能进行了深入分析,进一步提高电机驱动系统的可靠性。