專利名稱：一種無刷直流電機(jī)逆變器常見斷路故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無刷直流電機(jī)常見斷路故障診斷方法，屬于電機(jī)故障診斷及容錯(cuò) 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，無刷直流電機(jī)在是用半導(dǎo)體逆變器取代一般直流電動(dòng)機(jī)中的機(jī)械換向器， 沒有換向器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，沒有火花，電磁噪聲低，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)備、儀器 儀表、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、高級(jí)家用電器、交通工具等。無刷直流電機(jī)定子繞組多做成三相對(duì) 稱星形接法，其反電勢(shì)多為方波，因此可用直流經(jīng)過逆變器換相后驅(qū)動(dòng)。由于單相相導(dǎo)通工 作的無刷直流電機(jī)工作效率低，因此，目前常用的無刷直流電機(jī)大多采用雙相導(dǎo)通的六拍 控制方式。其電子換向器是六管全橋逆變器。往往采用120°導(dǎo)通方式，即在一個(gè)電周期 中，每相繞組正負(fù)各導(dǎo)通120° ,在同一時(shí)刻,有兩相繞組同時(shí)導(dǎo)通,且每60個(gè)電角度換相 一次。
逆變器是無刷直流電機(jī)系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)，其故障類型主要有開關(guān)管斷路故障、 開關(guān)管短路故障和續(xù)流管短路故障三大類。由于開關(guān)管反并聯(lián)的續(xù)流二極管耐壓、承受尖 峰電流能力要強(qiáng)于功率管，因此故障較少。為了減少短路故障相對(duì)其他相的影響，發(fā)生短路 故障時(shí)應(yīng)當(dāng)利用熔斷絲把短路故障轉(zhuǎn)化為斷路故障來處理。逆變器開關(guān)管斷路故障按故障 功率管個(gè)數(shù)可分類為單管斷路、雙管斷路和三管以上的多管斷路故障。逆變器發(fā)生斷路故 障后及時(shí)檢測(cè)并診斷出故障位置，可以方便技術(shù)人員維修更換，也可以使系統(tǒng)及時(shí)切換到 容錯(cuò)運(yùn)行模式使系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。逆變器常見的故障是由于管體內(nèi)部斷路、接觸不良、驅(qū)動(dòng) 信號(hào)丟失、驅(qū)動(dòng)隔離光耦故障等原因造成的單管故障；由于死區(qū)控制不當(dāng)導(dǎo)致的逆變器的 單相上下雙管直通短路和由于某個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)電流過大導(dǎo)致的該模態(tài)對(duì)應(yīng)的兩相上、下管分 別故障。因此，開關(guān)管的斷路故障具有較高的研究?jī)r(jià)值。
目前，已經(jīng)有一些學(xué)者提出了不同類型電機(jī)所用的逆變器故障診斷方法。例如，公 告的發(fā)明專利雙凸極電機(jī)驅(qū)動(dòng)器功率管故障診斷方法，專利申請(qǐng)?zhí)?00710024823. 8，公開 了一種雙凸極電機(jī)驅(qū)動(dòng)器功率器件的故障診斷方法。該方法通過對(duì)三相電流的續(xù)流電流進(jìn) 行檢測(cè)和處理后，并結(jié)合功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)主功率電路在線故障檢測(cè)、診斷。授權(quán)的發(fā) 明專利無刷電機(jī)位置信號(hào)的故障診斷方法與容錯(cuò)控制方法，授權(quán)號(hào)ZL200610097466. 3，提 出了一種無刷電機(jī)位置信號(hào)的故障診斷方法與容錯(cuò)控制方法。授權(quán)的發(fā)明專利開關(guān)磁阻電 機(jī)雙主開關(guān)功率變換器主開關(guān)故障診斷方法，授權(quán)號(hào)ZL200910182910. 5，利用安裝在主開 關(guān)直流母線上的電流傳感器LEMl和安裝在續(xù)流二極管直流母線上的電流傳感器LEM2檢測(cè) 主開關(guān)的總電流信號(hào)和續(xù)流二極管回饋的總電流信號(hào)，并進(jìn)行故障類型判斷和定位，便于 實(shí)施容錯(cuò)控制。授權(quán)的發(fā)明專利一種開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路故障診斷方法，授權(quán) 號(hào)ZL201010174734. 3，通過分析開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路的直流母線濾波電容電壓的序列方差曲線和直流母線濾波電容電壓功率譜熵曲線，診斷出開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器的故障。以上發(fā)明涉及的開關(guān)磁阻電機(jī)和雙凸極電機(jī)在原理和控制電路上與無刷直流電機(jī)有著本質(zhì)的區(qū)別，其故障診斷方法也和本發(fā)明所提出的利用導(dǎo)通狀態(tài)矩陣診斷無刷直流電機(jī)常見斷路故障的方法有著本質(zhì)的區(qū)別，本發(fā)明公開的技術(shù)能有效診斷出無刷直流電機(jī)常見斷路故障的故障管的位置和故障類型。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無刷直流電機(jī)逆變器常見斷路故障診斷方法。具體是 一種無刷直流電機(jī)常見斷路故障診斷方法，其特征在于，診斷方法采取以下步驟 步驟一、檢測(cè)本階段電流，確定本階段導(dǎo)通狀態(tài)矩陣將無刷直流電機(jī)六個(gè)導(dǎo)通一 ,(I O(I O O) , fo I 0) ,0 I O、丨狀態(tài)用矩陣表不為·Ι=, Ji =, Y =, Y =，u ^ 死* 丨干 & JI oj(O O IJ(ο O ljO Oj^f= 1 fJ 0 , Z= 0 1 0，導(dǎo)通狀態(tài)矩陣中第一行元素分別代表A相、B相和C相上管\J /導(dǎo)通狀態(tài)，第二行元素分別代表A相、B相和C相下管導(dǎo)通狀態(tài)，一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通順序?yàn)榕cnr…；步驟二、輸出故障位信號(hào)如果本階段電流檢測(cè)信號(hào)為1，則為故障位置O，即無故障， 否則故障位置I ; 步驟三、求本階段之前一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通矩陣的和矩陣0 = 1 +〗7 + 2+147( + ^ ； 步驟四、通過判斷和矩陣^中O元素的個(gè)數(shù)和位置來診斷故障管的個(gè)數(shù)和位置如果Q = ^2 I gj,則三相開關(guān)管均正常，如果和矩陣P的元素中有且僅有第i元素為零，則第i開關(guān)管斷路；如果和矩陣Q中的O元素僅位于某相上下管對(duì)應(yīng)的位置，則可以判斷該相上、下管斷路；如果和矩陣Q的中有且只有某一個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)的兩個(gè)元素為零，即一相上管和另一相下管對(duì)應(yīng)的元素為O，則可以診斷出該導(dǎo)通狀態(tài)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)故障管的位置；如果和矩陣^的中O元素是其他情況，則可以診斷出是其他非常見的故障；步驟五、輸出故障類型、故障管位置、故障位作為診斷結(jié)果；所述的電流檢測(cè)環(huán)節(jié)，以O(shè). 21為判斷開關(guān)管是否導(dǎo)通的門檻值，I為電機(jī)額定電流；對(duì)于三相星形繞組，只檢測(cè)任意兩相電流，第三相的電流通過4 + = O求得。
其工作原理為從故障后電機(jī)控制系統(tǒng)相電流變化來看，可將逆變器的常見斷路故障類型歸成幾大類單管斷路故障、同相上下雙管斷路故障，同一導(dǎo)通狀態(tài)上下雙管斷路故障。這三種故障是常見的基本斷路故障，及時(shí)診斷這三種基本故障，對(duì)故障相進(jìn)行隔離， 對(duì)非故障相進(jìn)行保護(hù)，可有效避免其他的開關(guān)管出現(xiàn)故障。
①單管斷路故障。如果Q矩陣中有一個(gè)元素為O，則該元素對(duì)應(yīng)的開關(guān)管出現(xiàn)故(2 2 O、障。如果C相上管斷路，則^為零矩陣，2 = x+:r + zf+r=，可以看出有且ζ αζU 1 2)只有C相上管對(duì)應(yīng)的元素為O。因此根據(jù)矩陣中唯一 O元素的位置可以診斷出故障管。例(\ I 2、如，如果β = 12 2 d ,則可以判斷C相下管斷路。
②同相上下雙管斷路故障。死區(qū)控制不當(dāng)可能導(dǎo)致逆變器的單相上下雙管直通短路，這是熔斷器可以把短路故障編程斷路故障，以隔離故障相。如果A相橋臂上下雙管斷路，則t ^ ,為O矩陣，! fl,可以看出有且只有A相上下歡管對(duì) Xt、X' Ymz1Q = Z+Γ= I,U I IJ應(yīng)的元素為0，因此可以根據(jù)導(dǎo)通模態(tài)矩陣中的O元素的位置診斷出上下雙管故障情況下(\ I O、的故障管位置。例如如果β= i 1 π ,則可以判斷C相上、下管斷路，或者C相繞組斷路。V 1 jZ
③同一導(dǎo)通狀態(tài)上下雙管斷路故障。當(dāng)某個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)電流過大時(shí)可能會(huì)發(fā)生該模態(tài)對(duì)應(yīng)的兩相上、下管分別故障。以^模態(tài)電流過大導(dǎo)致A相上管、B相下管斷路為例，則f'O 21、為O矩陣，=0 Λ 1。導(dǎo)通狀態(tài)矩陣中有且只有A相上管、B相下管對(duì)應(yīng)的元素為0，因此可以通過這點(diǎn)診斷出故障管的位置。
發(fā)明的有益效果本發(fā)明公開的無刷直流電機(jī)常見斷路故障診斷方法能在無刷直流電機(jī)逆變器發(fā)生斷路故障后及時(shí)檢測(cè)并診斷出故障位置，可以讓控制器切除故障開關(guān)管以隔離故障相，防止故障“傳染”，可以方便技術(shù)人員維修更換故障開關(guān)管，還可以使系統(tǒng)及時(shí)切換到容錯(cuò)運(yùn)行模式使系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。因此，本發(fā)明公開的技術(shù)在可靠性要求較高的航空、航天、汽車等行業(yè)具有具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)本發(fā)明的技術(shù)沒有采用復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，在運(yùn)算速度較低的控制芯片上也能實(shí)現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的無刷直流電機(jī)常見斷路故障診斷系統(tǒng)組成框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的無刷直流電機(jī)常見斷路故障診斷方法流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示的無刷直流電機(jī)常見斷路故障診斷系統(tǒng)組成框圖，系統(tǒng)包括三相逆變器、無刷直流電機(jī)BLDCM、位置信號(hào)處理單元、電流采樣與信號(hào)調(diào)理單元、主控單元和驅(qū)動(dòng)隔離電路。主控單元接收電流采樣與信號(hào)調(diào)理單元的電流信號(hào)，診斷出故障管位置和故障類型，并在LED上輸出該診斷信號(hào)。
本發(fā)明實(shí)施例的無刷直流電機(jī)常見斷路故障診斷方法流程圖如圖2所示，診斷故障時(shí)采取以下步驟步驟一、檢測(cè)本階段電流，確定本階段導(dǎo)通狀態(tài)矩陣。將無刷直流電機(jī)六個(gè)導(dǎo)通一 ,(I O O.) (I O O) , f'O I O) f'O I O)狀態(tài)用矩陣表不為·ι=, X =, Y =, Y =|，mi 干 n、.1 OJ (00 I j(O O lj IsI 0 OJ
權(quán)利要求
1.一種無刷直流電機(jī)逆變器常見斷路故障診斷方法，其特征在于，診斷方法采取以下步驟 步驟一、檢測(cè)本階段電流，確定本階段導(dǎo)通狀態(tài)矩陣將無刷直流電機(jī)六個(gè)導(dǎo)通 狀態(tài)用矩陣表不為.
全文摘要
本發(fā)明提供一種無刷直流電機(jī)逆變器常見斷路故障診斷方法，其診斷過程是首先檢測(cè)本階段電流，確定本階段導(dǎo)通狀態(tài)矩陣然后根據(jù)本階段電流檢測(cè)信號(hào)，輸出故障位信號(hào)；再求本階段之前一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通矩陣的和矩陣Q，通過判斷和矩陣Q中0元素的個(gè)數(shù)和位置來診斷故障管的個(gè)數(shù)和位置；最后輸出故障類型、故障管位置、故障位作為診斷結(jié)果。本發(fā)明公開的無刷直流電機(jī)常見斷路故障診斷方法，能在無刷直流電機(jī)逆變器發(fā)生斷路故障后及時(shí)檢測(cè)并診斷出故障位置，可以方便技術(shù)人員維修更換故障開關(guān)管，還可以使系統(tǒng)及時(shí)切換到容錯(cuò)運(yùn)行模式使系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，在可靠性要求較高的航空、航天、汽車等行業(yè)具有具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01R31/02GK102998588SQ20121054020
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者史立偉, 張學(xué)義 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)