電機驅動系統開路故障診斷技術概論

潘琳

北京青云航空儀表有限公司 北京 101399

1 空載/輕載條件下傳統開路故障診斷試驗

圖1為在空載條件下，電動機采用傳統的開路故障診斷策略，該策略主要是以每組電流絕對值區平均值為基礎的方法對電機系統出現的誤判斷試驗，圖中F為故障診斷信號，低電平表示正常運行狀態信號，高電平表示診斷出的故障運行狀態[1]。

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

圖1 采用傳統開路故障診斷策略和強魯棒性開路故障診斷策略試驗比對

2 負載突變條件下故障診斷試驗

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

圖2 開路故障診斷結果(負載突變條件)

3 單功率管、單相繞組故障診斷試驗

針對電機驅動系統可能存在的功率管與繞組開路故障進行實驗研究，來驗證提出的開路故障診斷策略的性能。功率管和繞組在發生開路故障后能夠被立即診斷出。在故障產生前，故障診斷信號F的變值始終處于低電平，當發生故障后，故障診斷信號F經過一個周期的診斷后能準確地診斷出故障，變為高電平，提示電機系統發生故障[3]。

4 驅動系統逆變器開路故障診斷

逆變器開路故障的幾種診斷方法：

對于已有的逆變器開路故障的診斷方法中，以電流信號為檢測變量的方法有：

4.1 平均電流Park矢量法

平均電流Park矢量法主要應用在MSM開環控制系統內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中閾值的選擇不僅依賴于負載，瞬態時易出現誤警報,在系統的實際操作中，由于頻率的動態變化，很難獲得三相電流的平均值。后來對此方法的改進為利用Park矢量角度的求導來避免暫態時的誤診斷，增加了對瞬態的免疫性。

4.2 平均電流矢量法

該方法可以對電壓型逆變器供電交流電機的多個開路故障進行實時診斷,該方法基于電機相電流平均值，將平均相電流絕對值作為主要診斷變量，不僅對誤警報具有很強的免疫性而且可以檢測多個故障。

4.3 負載電流分析法

該方法是歸一化直流法的一種擴展,歸一化直流法的診斷變量可以確定故障開關，但是暫態時會出現誤診斷。該方法使用三相電流絕對平均值代替原來的基波幅值，使該診斷變量更易于實現，雖然也能識別故障開關的位置但是暫態時仍然產生誤診斷。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，附加診斷變量傳達出的信息是相電流趨近于零時的時間百分比，可以穩定的確定故障相且該診斷變量對暫態的免疫性較高。

5 結束語

相比于功率管開路故障，功率管短路故障已經存在許多。功率管故障可能會導致導致轉矩降低，發熱、絕緣損壞和許多其他問題。如果不及時處理開路故障，可能會發生進一步的事故。因此，對電機驅動系統開路故障診斷方法的研究具有重要意義。