无刷直流电机逆变器故障诊断仿真研究

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1、·6·工业仪表与自动化装置2012年第1期无刷直流电机逆变器故障诊断仿真研究杨巧玲，张海平(1．兰州理3-．大学电气工程与信息工程学院，兰州730050；2．天华化工机械及自动化研究设计院，兰州730060)摘要：无刷直流电机变频调速系统中，逆变器的功率半导体器件及其控制电路是最易发生故障的薄弱环节。故障特征的提取是逆变器故障诊断的关键。逆变器的输出电压直接反映它的工作状态，是最为敏感的特征量，利用加窗傅里叶变换提取其特征频谱，可实现逆变器的故障诊断。仿真结果验证了该方法的有效性。关键词：无刷直流电机；逆变器；

2、故障；电压频谱；故障特征一中图分类号：TM464文献标志码：A文章编号：1000—0682(2012)01—0006—04ResearchoninverterfaultdiagnosisofbrushlessDCmotorYANGQiaoling，ZHANGHaiping(1．CollegeofElectricalandInformationEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China；2．TianhuaResearchInstitu

3、teofChem&alMachineryandAutomation，Lanzhou730060，China)Abstract：Powersemiconductordevicesanditscontrolcircuitintheinverterofbrushlessdirectcurrentmotorcontrolsystemistheweaklinkmostlikelyfailure．Faultfeatureextractionisthekeytotheinverterfaultdiagnosis．Output

4、voltageofinvertercanreflectitsworkingstatedirectly．ExtrictingthevoltagespectrumbyusingSTn1．faultdetectionofinvertercanbeachieved．Simulationresultsdemonstratetheefectivenessofthemethod．Keywords：brushlessDCmotor；inverter；fault；voltagespectrum；faultfeature器输出电压

5、频谱，利用加窗短时傅里叶变换提取逆0引言变器输出电压的谱特征，实现逆变器的故障检测。永磁无刷直流电机(BLDCM)结构简单、运行效该算法运算量较小，可以有效节约运算时间。仿真率高、调速性能好，随着电力电子技术的快速发展，结果验证了该方法的有效性。其在工业领域中的应用日益广泛。无刷直流电机变1故障模式及特征分析频调速系统中逆变器的功率半导体器件及其控制电路是最易发生故障的薄弱环节，其可靠性问题一直图1是无刷直流电机逆变器驱动系统，逆变器没有得到充分解决⋯。而最新研究也表明J：变频故障主要有以下几种情况：1)功率开

6、关元件短路故调速系统中功率变换器故障占整个驱动系统故障的障；2)功率开关元件开路故障；3)逆变器一相桥臂82．5％。因此，有效防止逆变器故障是提高无刷直2个开关元件同时开路；4)电动机一相开路故障。流电机变频调速系统运行安全性、可靠性的根本。系统运行时，工作在高频开关状态的功率管损耗较目前，大多采取降额设计或使用并联冗余元件或大，发热严重，发生故障的概率最大l4J，并以功率管电路的方法降低逆变器故障，但这两种设计方法会使开路和短路故障最为常见。不论发生何种故障，迅电源造价过高，且仅适用于空间条件许可的场合。此速

7、准确地提取相应故障特征并确定故障位置对于故外，电力电子系统故障诊断方法有基于解析模型的方障后的处理至关重要。法、基于知识的方法、基于信号处理的方法等J。逆变器的输出电压信号直接反映着它的工作状该文通过变换逆变器输出的电压信号获取逆变态，是最为敏感的特征量。理想状态下，电机在电压对称状态下工作，逆变器各相输出电压波形一致。收稿日期：2011—08—29作者简介：杨巧玲(1978)，女，甘肃民勤人，硕士，讲师，从事电发生故障时，输出三相电压不对称，电机在非平衡供力电子与电力传动专业的教学与研究工作。电状态下工作。通

8、过对逆变器输出电压信号的分析2012年第1期工业仪表与自动化装置·7·就能有效检测电机驱动系统的运行状态。的主要谐波频率要比基波频率高得多，对逆变器故障诊断只需考虑低频成分。当组成逆变器主电路的6个开关管中的任何一个发生了开路故障时，对应桥臂将不能正常导通。此时，输出电压的低频部分出现了其他的低频成分。下面以VT1管发生开路故障为例，对开路故障时的逆变器输出电压进行分析。由于VT1管发