一种开关磁阻电动机功率变换器故障诊断方法

针对现有开关磁阻电动机功率变换器故障诊断方法存在可靠性不高等问题,提出了一种新型的功率管故障诊断方法。该方法以不对称半桥型功率变换器主电路为研究对象,以常见的功率管开路和短路2种故障情况为诊断对象,通过比较母线电流估算值和实测值来判断故障,结合故障相绕组电流实现故障相的识别,必要时通过中断测试来确定故障点。选取电动机空载、低速度和高速度运行等较难实现故障诊断的工况进行了试验分析,结果表明,该方法均能完成故障类型的定性及故障点的准确定位。     

功率变换器的容错设计及验证

为提高航空开关磁阻发电系统的可靠性,对系统中功率变换器常见的开路故障进行分析。结合不对称半桥式功率变换器各相独立的优势,设计一种容错型功率变换器。利用空闲相功率器件代替故障相功率器件实现功率变换器的开路故障容错。搭建容错型开关磁阻起动/发电系统的仿真实验平台和硬件实验平台进行实验验证,结果表明,该容错型功率变换器具有较好的容错性能,容错后系统的输出电压最大脉动幅度在6 V以内,满足标准的要求。     

光伏微逆变器电流传感器和功率管开路故障诊断

当电流传感器出现性能蜕化、故障或失效时,光伏微逆变器系统的输出会受到严重影响,甚至微逆变器系统其他部件有可能被直接损坏而导致整个系统永久失效;微逆变器系统中反激式变换器功率管的开路故障会引起2个交错支路电流不平衡,导致输出电流波形畸变率变大.为此,提出一种基于状态观测器的光伏微逆变器电流传感器和功率管开路故障诊断方法.建立两路反激式变换器的数学模型;构建状态观测器以实现对两路反激式变换器原边电流的在线估计,并生成残差;将残差与阈值进行比较,实现对微逆变器系统中电流传感器与功率管的实时故障诊断.仿真结果验证该方法可行且有效.     

基于径向基函数神经网络故障观测器的风能转换系统容错控制器设计

针对风能转换系统执行器部分失效故障,提出了一种新型的主动容错控制策略.应用径向基函数(radial basis function,RBF)自适应神经网络,根据系统状态观测值对执行器故障进行在线重构,基于该重构故障,设计滑模容错控制器切换增益,实现风能转换系统故障诊断与容错控制律在线整定,并进行稳定性证明.仿真结果表明,执行器发生故障时系统的功率系数和叶尖速比均能保持在最优值,从而实现额定风速以下的最大风能捕获.     

基于电压误差的五相内嵌式永磁同步电机两相开路多矢量模型预测容错控制

五相内嵌式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)发生两相开路故障后,由于两相的缺失,重构后的电压矢量数目减少且分布不均,将影响模型预测控制(model predictive control, MPC)方法的预测精度.而现有的多矢量模型预测控制方法缺乏对电机两相故障工况下的分析.为此,针对两相开路故障,提出一种基于电压误差的多矢量模型预测控制方法.该方法的关键在于在扇区三角形内以等分线段的方式扩展电压矢量的组合,并且推导两相开路故障后的参考电压预测方程和电压误差价值函数来简化多个矢量选择和合成过程.该方法适用于故障工况下不对称形状的扇区,同时兼顾了内嵌式电机d-q轴电感不等的特性.最后通过实验验证该方法的动态、稳态性能和鲁棒性,该方法能实现五相内嵌式永磁同步电机的高品质两相开路容错运行.     

开关磁阻发电机系统的故障仿真研究

开关磁阻发电机(SRG)系统出现各种故障模式,为研究多电飞机开关磁阻发电系统的容错性能,建立了关于开关磁阻发电机系统的仿真模型,通过对所建模型施加不同的故障条件,研究了系统在功率变换器故障、负载故障、原动机转速异常、电枢绕组开路、短路等故障下的电压、电流输出波形,仿真了故障运行机理,并对其中的破坏性故障进行了规避处理。研究结果表明,开关磁阻发电系统具有较高的容错性能,适合应用于多电飞机主电源系统。所采用的故障通过建模分析方法也为开关磁阻发电系统的故障诊断和容错研究提供了一定参考。     

考虑传感器故障的导弹姿态控制系统主动容错控制研究

针对导弹姿态控制系统惯性传感器故障,提出了基于信号重构的主动容错控制方法.分别利用基于梯形算法的数值积分器和有限时间收敛微分器对姿态角信号和角速率信号进行重构,当在线诊断出姿态角或角速率传感器故障时,以重构信号代替故障信号进行反馈控制来实现系统的主动容错控制.在建立导弹姿态控制系统模型并采用次最优控制方法设计输出反馈控制器的基础上,对所设计的主动容错控制方法进行仿真,仿真结果表明该方法是有效的.     

基于小波变换的无刷直流电机逆变器故障检测仿真研究

针对无刷直流电动机逆变器功率管短路及开路故障,采用小波变换对电机转速信号进行时间一频率域分析,并结合傅里叶变换进行对比研究.仿真结果表明,小波变换能有效地实现逆变器的故障检测.     

四相永磁容错电机短路故障容错策略

四相永磁容错电机采用被容错齿隔开的集中式绕组结构,本质上具有一定的容错能力和故障出现后连续运行的能力.针对H桥和星形这两种驱动拓扑结构,在发生单相绕组出线端部短路时,以容错控制后的转矩满足正常需求为目标,分别采用直接转矩补偿方法和旋转磁动势不变方法进行容错控制;对两种容错控制策略进行了推导和对比分析,并对相关结果进行了磁-路联合仿真计算,验证了理论分析的正确性.     

某型火炮伺服驱动器故障特征的仿真研究

为解决军械装备中伺服驱动器的保障维修难题,对某型火炮伺服驱动器的典型故障进行了研究.首先分析了伺服驱动器中逆变器的功率开关管开路和短路这两类典型故障,并给出了伺服驱动器在不同故障模态下所具有的故障特征;最后利用Matlab/Simulink对各类故障模态进行了建模与仿真,仿真结果证明了理论分析的正确性.该研究为实现该伺服驱动器的故障检测提供了一种思路.     

基于故障电流变化率的大功率本安电源设计

针对现有本安电源存在的输出功率小、保护效果差、动态响应速度慢等问题,设计了一种基于故障电流变化率的大功率本安电源。将本安电源等效为电势电容(EC)电路,分析了EC电路短路故障特性:短路初始阶段火花放电电流迅速上升,电流变化率会发生突变。通过检测短路故障后电路中故障电流变化率的值,可以提前预知故障状态,在故障电流达到传统电流保护方法所设置的保护阈值之前便触发保护功能,并在短路故障的初始阶段切断输出回路,提高本安电源的输出功率。大功率本安电源包括开关电源和本安保护电路2个部分:开关电源采用反激变换结构,其控制电路以UC3842为核心,反馈电路以光耦与三端稳压器TL431为核心;本安保护电路基于故障电流变化率来限制火花放电的能量,主要包括故障检测电路、比较电路、自恢复电路、软启动电路、驱动电路。本安电源样机性能测试结果表明,交流输入电压在90~265 V波动时,本安电源功率因数不小于0.96,输出直流电压纹波在20 mV以内,电源效率在85%以上。短路实验结果表明,本安电源在发生短路故障后的瞬态输出能量为65μJ,满足设计要求。     

Intelligent Open Switch Fault Detection for Power Converter in Wind Energy System

This paper proposes a simple and fast fuzzy logic-based open switch fault detection method for rotor side converter (RSC) in doubly fed induction generator (DFIG) wind turbine system. In the proposed scheme, only the mean values of the three-phase rotor currents are used to identify the power switch in which the open-circuit fault has occurred.

The wind energy conversion system model developed for the design and evaluation of the proposed fault detection technique including three principal controls. the first control ensure the regulation of the electromagnetic torque and the reactive stator power (named Rotor Side Converter (RSC) control), the second regulates the DC-link voltage at the desired level (named Grid Side Converter (GSC) control) and in order to achieve maximum power at any wind speed condition a maximum power point tracking (MPPT) control strategy has been used. The simulation model was developed in MATLAB/Simulink environment. The results show that the proposed fault detection scheme is able to rapidly and effectively identify open switch faults among other fault types in a time less than one period.     

基于强跟踪滤波器的开关变换器故障诊断

Buck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。广泛用于计算机、家用电器、控制系统和通信系统中的电源几乎都是开关电源,具有超快速负载动态响应、高功率变换效率、高功率密度、低电压、大电流的特性.开关变换器作为它的主要电路,故障率较高,对它故障诊断研究是有意义的。基于强跟踪滤波理论,给出了一种开关变换器电路故障实时诊断的一种方法。该方法以建立一种开关变换器电路状态空间模型为基础,利用强跟踪滤波器对电路状态及元件参数进行估计,当元件参数发生软、硬型故障时,根据强跟踪滤波器对元件参数的跟踪结果及修正的Bayes分类算法,可实时诊断开关变换器电路中的元件故障。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于Park变换的三电平逆变器开路故障诊断

针对现有二极管钳位式(NPC)三电平逆变器开路故障诊断方法存在计算量大、准确率受噪声和负载等影响的问题,提出了一种基于Park变换的三电平逆变器开路故障诊断方法。对三电平逆变器三相输出电流进行Park变换,计算平均电流Park矢量;利用滑动窗口取得单周期电流信号,根据逆变器电路结构分析IGBT故障时输出电流变化;采用迭代法确定平均电流Park矢量模值的阈值,结合相角和模值进行三电平逆变器功率管13种开路故障的识别和定位。仿真结果表明,该方法故障诊断准确率达到了98.31%。与传统的开路故障诊断方法相比,该方法不需要对13种开路故障数据进行学习和训练,大大减少了计算量,提高了故障诊断效率和准确率。     

1050 MW火电厂现场总线故障诊断研究

基于现场总线系统网络拓扑结构,从硬件、软件两方面系统地介绍现场总线主站、光电转换器、光缆、终端电阻等环节,结合1050 MW火电厂现场总线在基建调试和正常运行期间出现的各类故障,深入剖析故障根源,提出故障诊断方法和解决方案。以脱硫系统网段故障为案例,利用ProfiTrace诊断,解决了DP设备通信板故障、DP电缆断路等问题。     

高速列车牵引整流器多类故障联合诊断方法

提出了一种高速列车牵引整流器多类故障联合诊断方法. 首先, 基于三电平牵引整流器开路故障分析, 建立整流器所有功率器件开路故障以及正常运行的状态空间模型并构建相应状态观测器. 然后, 基于正常状态观测器进行故障检测, 检测到故障后, 基于故障观测器区分功率器件开路故障和网侧电流传感器故障, 进而诊断出功率器件开路故障位置和网侧电流传感器故障类型. 实时仿真结果验证了本文方法的正确性和有效性.     

A fault tolerant single sided matrix converter for flight control actuation systems

We describe a single sided matrix converter (SSMC) designed for safety critical applications like flight control actuation systems. Dynamic simulations of multi-phase SSMC using Matlab Simulink are carried out to evaluate the fault tolerance capabilities. Investigation into different numbers of phases and power converter topologies under single phase open circuit, single switch open circuit, and single switch short circuit has been executed. The simulation results confirm 5-phase SSMC design as a compromise between fault tolerance and converter size/volume. A 5-phase SSMC prototype was built. Experimental results verify the effectiveness of our design.     

基于Lyapunov理论的异步电机定子绕组匝间短路故障检测系统设计

为实现对定子绕组匝间短路故障行为的精准识别，确保异步电机的稳定运行状态，设计了基于Lyapunov理论的异步电机定子绕组匝间短路故障检测系统。在DSP外围电量回路中，设置ARM处理器与步进电机驱动模块，采用模数转换单元结构，调节电量互感装置的实时运行状态，实现对异步电机定子绕组匝间短路故障检测系统硬件设计。根据Lyapunov函数定义条件，确定Nussbaum增益参数取值范围，在此基础上，定义Lyapunov算法模型，再通过计算故障预测特征的方法，求解定子绕组的短路故障电压方程与匝间电感参数，对定子绕组匝间短路故障特征进行分析，实现异步电机定子绕组匝间短路故障检测。实验结果表明，所设计系统可以有效控制定子绕组匝间短路故障电流和电压检测结果与标准检测结果之间的差值水平，能够精准识别定子绕组匝间短路故障行为，保障异步电机的稳定运行状态。     

发电机励磁系统的非线性大干扰抑制控制器

针对具有励磁控制的单机无穷大系统, 基于backstepping方法提出了一种非线性大干扰抑制控制方案. 重点考虑发电机转子受到外界未知大扰动对系统输出的影响, 利用minimax方法可有效降低以往由简单估计干扰上界或不等式放缩带来的保守性, 从而确保单机无穷大系统具有良好的鲁棒性和对大干扰的不敏感性. 考虑系统受到短路接地故障或者发电机发生机械功率扰动等突发性大干扰的情形, 对单机无穷大系统进行仿真实验, 结果表明这种控制方案可有效改善电力系统暂态稳定的动态过程.