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無刷直流電機(jī)逆變器單管開路故障的診斷和定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無刷直流電機(jī)逆變器單管開路故障的診斷和定位方法，步驟一、無刷直流電機(jī)工作相電壓的實(shí)時(shí)采集及傳輸；步驟二、判斷無刷直流電機(jī)工作相所連接的逆變橋臂是否發(fā)生了開路故障：步驟201.所述處理器根據(jù)公式計(jì)算得到j(luò)相的理論電壓信號(hào)Vj理論，步驟202.所述處理器將j相的測量電壓信號(hào)Vj測量與j相的理論電壓信號(hào)Vj理論進(jìn)行比較，并判斷無刷直流電機(jī)工作相j相所連接的逆變橋臂是否有開路故障發(fā)生；步驟三、定位逆變橋臂上發(fā)生了開路故障的絕緣柵雙極晶體管。本發(fā)明方法步驟簡單，實(shí)現(xiàn)方便，通用性強(qiáng)，可靠性高。
【專利說明】無刷直流電機(jī)逆變器單管開路故障的診斷和定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于逆變器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無刷直流電機(jī)逆變器單管開路故障的 診斷和定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無刷直流電機(jī)以其重量輕、體積小、效率高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。在航 空航天和武器系統(tǒng)領(lǐng)域，由于其應(yīng)用場合的特殊性，安全性與可靠性尤為重要，容錯(cuò)控制成 為研究重點(diǎn)。而故障診斷是容錯(cuò)控制的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，因此，研究無刷直流電機(jī)的故障診斷方 法對提高電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性意義重大。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，有對無刷直流電機(jī)功率變換器單管開路故障進(jìn)行診斷的文獻(xiàn)，例如 作者李文琢、房建成和李海濤，在2013年第33期中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)上發(fā)表的論文《基于 Buck變換器調(diào)壓的無刷直流電機(jī)功率變換器單管開路故障診斷》，通過分析故障模式下電 機(jī)的工作狀態(tài)，使用單電流傳感器對直流母線電流進(jìn)行采樣，與電機(jī)的6個(gè)工作狀態(tài)相結(jié) 合，實(shí)現(xiàn)了單管開路故障的檢測與識(shí)別。也有對無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器的開路故障 進(jìn)行診斷的文獻(xiàn)，例如作者王強(qiáng)，王友仁，張子富等，在2013年第33期中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)上 發(fā)表的論文《無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器的開路故障診斷》，針對上橋臂PWM調(diào)制、下橋 臂常開調(diào)制方式下的逆變器開路故障，通過分析逆變器在正常工作與開路故障兩種狀態(tài)下 導(dǎo)通相繞組的線電壓，綜合相鄰兩個(gè)工作模式下的故障狀態(tài)定位具體的開路開關(guān)管。但是， 現(xiàn)有技術(shù)中對無刷直流電機(jī)逆變器單管開路故障的診斷和定位方法局限于特定的Buck變 換器調(diào)壓驅(qū)動(dòng)或者上橋臂PWM調(diào)制下橋臂常開調(diào)制方式，其通用性不強(qiáng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種無刷直流 電機(jī)逆變器單管開路故障的診斷和定位方法，其方法步驟簡單，實(shí)現(xiàn)方便，通用性強(qiáng)，可靠 性高。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種無刷直流電機(jī)逆變器單管 開路故障的診斷和定位方法，所述逆變器包括第一逆變橋臂、第二逆變橋臂和第三逆變橋 臂，所述第一逆變橋臂由串聯(lián)的第一上橋臂絕緣柵雙極晶體管?\和第一下橋臂絕緣柵雙極 晶體管Τ 4組成，所述第二逆變橋臂由串聯(lián)的第二上橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ3和第二下橋臂 絕緣柵雙極晶體管Τ 6組成，所述第三逆變橋臂由串聯(lián)的第三上橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ5和 第三下橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ 2組成，所述無刷直流電機(jī)的a相與所述第一逆變橋臂上第 一上橋臂絕緣柵雙極晶體管?\和第一下橋臂絕緣柵雙極晶體管T 4的連接端相接，所述無刷 直流電機(jī)的b相與所述第二逆變橋臂上第二上橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ3和第二下橋臂絕 緣柵雙極晶體管Τ 6的連接端相接，所述無刷直流電機(jī)的c相與所述第三逆變橋臂上第三上 橋臂絕緣柵雙極晶體管!^和第三下橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ 2的連接端相接；其特征在于該 方法包括以下步驟：
[0006] 步驟一、無刷直流電機(jī)工作相電壓的實(shí)時(shí)采集及傳輸：電壓檢測器對無刷直流電 機(jī)工作相j相的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并將所檢測到的j相的測量電壓信號(hào)'?輸出給處理 器，所述處理器與電壓檢測器相接；其中，j的取值為a、b或c ;

【權(quán)利要求】
1. 一種無刷直流電機(jī)逆變器單管開路故障的診斷和定位方法，所述逆變器包括第一逆 變橋臂、第二逆變橋臂和第三逆變橋臂，所述第一逆變橋臂由串聯(lián)的第一上橋臂絕緣柵雙 極晶體管?\和第一下橋臂絕緣柵雙極晶體管T 4組成，所述第二逆變橋臂由串聯(lián)的第二上橋 臂絕緣柵雙極晶體管Τ3和第二下橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ 6組成，所述第三逆變橋臂由串聯(lián) 的第三上橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ5和第三下橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ 2組成，所述無刷直流 電機(jī)的a相與所述第一逆變橋臂上第一上橋臂絕緣柵雙極晶體管?\和第一下橋臂絕緣柵 雙極晶體管Τ 4的連接端相接，所述無刷直流電機(jī)的b相與所述第二逆變橋臂上第二上橋臂 絕緣柵雙極晶體管T3和第二下橋臂絕緣柵雙極晶體管T 6的連接端相接，所述無刷直流電機(jī) 的c相與所述第三逆變橋臂上第三上橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ5和第三下橋臂絕緣柵雙極 晶體管Τ 2的連接端相接；其特征在于該方法包括以下步驟： 步驟一、無刷直流電機(jī)工作相電壓的實(shí)時(shí)采集及傳輸：電壓檢測器對無刷直流電機(jī)工 作相j相的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并將所檢測到的j相的測量電壓信號(hào)'?輸出給處理器，所 述處理器與電壓檢測器相接；其中，j的取值為a、b或c ; 步驟二、判斷無刷直流電機(jī)工作相所連接的逆變橋臂是否發(fā)生了開路故障，具體過程 為： 步驟201、所述處理器根據(jù)公式
_E計(jì)算得到j(luò)相的理論電壓信 號(hào)Vjaife ;其中，CH為無刷直流電機(jī)工作相j相所連接的逆變橋臂上的上橋臂絕緣柵雙極晶 體管的控制信號(hào)，且CH的取值為1或0, & = 1為控制無刷直流電機(jī)工作相j相所連接的逆 變橋臂上的上橋臂絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通，CH = 0為控制無刷直流電機(jī)工作相j相所連接 的逆變橋臂上的上橋臂絕緣柵雙極晶體管關(guān)斷
為CH邏輯取反；q為無刷直流電機(jī)工 作相j相所連接的逆變橋臂上的下橋臂絕緣柵雙極晶體管的控制信號(hào)，且Q的取值為1或 0, Q = 1為控制無刷直流電機(jī)工作相j相所連接的逆變橋臂上的下橋臂絕緣柵雙極晶體管 導(dǎo)通，Q = 0為控制無刷直流電機(jī)工作相j相所連接的逆變橋臂上的下橋臂絕緣柵雙極晶 體管關(guān)斷
為Q邏輯取反；SHS無刷直流電機(jī)工作相j相所連接的逆變橋臂上的上橋臂 絕緣柵雙極晶體管的工作區(qū)間信號(hào)，且SH的取值為1或0, SH = 1為無刷直流電機(jī)工作相j 相所連接的逆變橋臂上的上橋臂絕緣柵雙極晶體管工作的120°區(qū)間，SH = 0為無刷直流 電機(jī)工作相j相所連接的逆變橋臂上的上橋臂絕緣柵雙極晶體管不工作的區(qū)間為無刷 直流電機(jī)工作相j相所連接的逆變橋臂上的下橋臂絕緣柵雙極晶體管的工作區(qū)間信號(hào)，且 &的取值為1或0, & = 1為無刷直流電機(jī)工作相j相所連接的逆變橋臂上的下橋臂絕緣 柵雙極晶體管工作的120°區(qū)間，& = 0為無刷直流電機(jī)工作相j相所連接的逆變橋臂上 的下橋臂絕緣柵雙極晶體管不工作的區(qū)間；E為所述逆變器所連接的直流電源電壓； 步驟202、所述處理器將j相的測量電壓信號(hào)Vj3?與j相的理論電壓信號(hào)Vjaife進(jìn)行比 較，當(dāng)彡ε時(shí)，判斷為無刷直流電機(jī)工作相j相所連接的逆變橋臂無開路故 障發(fā)生，返回步驟一；當(dāng)論|>ε時(shí)，判斷為無刷直流電機(jī)工作相j相所連接的逆 變橋臂發(fā)生了開路故障，執(zhí)行步驟三；其中，ε為電壓測量誤差； 步驟三、定位逆變橋臂上發(fā)生了開路故障的絕緣柵雙極晶體管：當(dāng)?shù)谝荒孀儤虮郯l(fā)生 了開路故障時(shí)，所述處理器根據(jù)公式
和公式
計(jì)算第一 上橋臂絕緣柵雙極晶體管?\的工作狀態(tài)Fi和第一下橋臂絕緣柵雙極晶體管T4的工作狀態(tài) F4，并根據(jù)匕和F4的計(jì)算結(jié)果定位第一逆變橋臂上發(fā)生了開路故障的絕緣柵雙極晶體管； 當(dāng)匕=1時(shí)，判斷為第一上橋臂絕緣柵雙極晶體管?\發(fā)生了開路故障；當(dāng)F 4 = 1時(shí)，判斷 為第一下橋臂絕緣柵雙極晶體管T4發(fā)生了開路故障； 當(dāng)?shù)诙孀儤虮郯l(fā)生了開路故障時(shí)，所述處理器根據(jù)公式
公式
計(jì)算第二上橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ3的工作狀態(tài)F 3和第二下橋臂絕緣 柵雙極晶體管T6的工作狀態(tài)F6，并根據(jù)F3和F6的計(jì)算結(jié)果定位第二逆變橋臂上發(fā)生了開 路故障的絕緣柵雙極晶體管；當(dāng)F3 = 1時(shí)，判斷為第二上橋臂絕緣柵雙極晶體管T3發(fā)生了 開路故障；當(dāng)F6 = 1時(shí)，判斷為第二下橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ6發(fā)生了開路故障； 當(dāng)?shù)谌孀儤虮郯l(fā)生了開路故障時(shí)，所述處理器根據(jù)公式
：卩公式
計(jì)算第三上橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ5的工作狀態(tài)F 5和第三下橋臂絕緣 柵雙極晶體管T2的工作狀態(tài)F2，并根據(jù)F5和F2的計(jì)算結(jié)果定位第三逆變橋臂上發(fā)生了開 路故障的絕緣柵雙極晶體管；當(dāng)F5 = 1時(shí)，判斷為第三上橋臂絕緣柵雙極晶體管τ5發(fā)生了 開路故障；當(dāng)F2 = 1時(shí)，判斷為第三下橋臂絕緣柵雙極晶體管τ2發(fā)生了開路故障； 其中，Ci為絕緣柵雙極晶體管Ti的控制信號(hào)，且Ci的取值為1或0，Ci = 1為控制絕緣 柵雙極晶體管Ti導(dǎo)通，Ci = 0為控制絕緣柵雙極晶體管Ti關(guān)斷；f為Ci邏輯取反；Si為絕 緣柵雙極晶體管Ti的工作區(qū)間信號(hào)，且Si的取值為1或0, Si = 1為絕緣柵雙極晶體管Ti 工作的120°區(qū)間，Si = 0為絕緣柵雙極晶體管Ti不工作的區(qū)間；Fim為Ci = 1時(shí)絕緣柵雙 極晶體管Ti的工作狀態(tài)，且Fim的取值為1或0, Fim = 1為Ci = 1時(shí)絕緣柵雙極晶體管Ti 處在開路故障狀態(tài)，F(xiàn)im = 0為Ci = 1時(shí)絕緣柵雙極晶體管Ti處在正常導(dǎo)通狀態(tài)；i為1? 6的自然數(shù)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)逆變器單管開路故障的診斷和定位方法，其特 征在于：所述第一上橋臂絕緣柵雙極晶體管?\由反并聯(lián)的絕緣柵雙極晶體管％和二極管0 1 組成，所述第一下橋臂絕緣柵雙極晶體管Τ4由反并聯(lián)的絕緣柵雙極晶體管Q4和二極管D4組 成，所述第二上橋臂絕緣柵雙極晶體管T 3由反并聯(lián)的絕緣柵雙極晶體管Q3和二極管D3組 成，所述第二下橋臂絕緣柵雙極晶體管T 6由反并聯(lián)的絕緣柵雙極晶體管Q6和二極管D6組 成，所述第三上橋臂絕緣柵雙極晶體管T 5由反并聯(lián)的絕緣柵雙極晶體管Q5和二極管D5組 成，所述第三下橋臂絕緣柵雙極晶體管τ 2由反并聯(lián)的絕緣柵雙極晶體管Q2和二極管D2組 成。
3. 按照權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)逆變器單管開路故障的診斷和定位方法，其特 征在于：步驟202中ε的取值為0.5V?IV。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK104155564SQ201410431375
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】賀虎成 申請人:西安科技大學(xué)