[发明专利]开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障检测法

说明书

本发明公开了一种开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障检测法。本发明通过检测开关磁阻电机功率变换器的各相电流瞬时值，计算出各相标准化电流平均值间的两两差值，并将每个差值视为一个元素，构建故障特征量集合Esubgt;k/subgt;。通过比较集合中各元素与诊断阈值的大小关系，判断集合中元素属于故障诊断表中的哪种情况。根据表中情况详情检测出故障发生、故障类型、故障相。若故障类型为开路，则通过计算故障相电流退磁时间占比识别故障元件；若故障类型为短路，则通过判断主开关通断状态识别故障元件。本发明方法不仅能够精准、快速检测出故障详情，而且适用于多种相数的开关磁阻电机功率变换器，无需添加任何额外传感器，通用性强，可靠性高，实施效果良好。

技术领域

本发明涉及调速电动机领域，更具体的说，是一种开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障在线检测方法，适用于各种相数的开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器，无需增加任何额外传感器。

背景技术

开关磁阻电机是一种结构简单、造价低廉、鲁棒性好、可靠性高的新型调速电动机，已被广泛应用于航空航天、新能源汽车、家用电器等诸多领域。固有的容错能力是开关磁阻电机调速系统的突出优势之一，然而较好容错能力并不意味整个系统无故障发生。功率变换器作为开关磁阻电机运转所需能量提供者，是其调速系统的重要组成部件之一，也是整个系统中故障发生率较高的薄弱环节之一。由于不对称半桥型功率变换器能够保证各相主电路间相互独立的工作特性，具备较高容错能力，所以该结构常被应用于开关磁阻电机调速系统。而以功率半导体器件作为不对称半桥型功率变换器的主开关，常因过热、高频动作、恶劣工作环境等因素，发生开路或短路故障。因此，及时、准确地检测出故障详情不仅可以抑制故障进一步恶化，还可以为采取适当的容错控制策略奠定基础。

目前，直流母线电流分析法、电流分类函数值法、电流相对谱比系数法、电流小波包分解法已被应用于开关磁阻电机功率变换器主开关故障检测。然而，这些方法通常通过增加额外传感器获取相关信息，进而得到故障特征量，增加了系统成本与复杂度，且诊断内容与适用范围也受到限制。因此，开关磁阻电机功率变换器主开关故障检测应尽可能满足以下几方面：

(1)快速、精准诊断出故障发生、故障类型、故障相；

(2)尽可能不增加额外传感器、降低检测成本与系统复杂度；

(3)适用于各种相数的开关磁阻电机，以及不同转速与工况，应用范围广。

发明内容

为满足上面所述的几方面，并针对已有技术存在的缺点，本发明提出一种简单便捷、无需附加任何额外传感器、实施效果良好的开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障在线检测方法。

本发明的开关磁阻电机不对称半桥型功率变换器主开关故障在线检测方法是：基于功率变换器主开关开路与短路故障下各相电流表现特征，提取各标准化相电流平均值间的差值为故障特征量，并建立故障特征量集合E_k。通过分析集合E_k中各元素畸变规律，检测出故障发生、故障类型、故障相。具体检测方法如下：

监测开关磁阻电机各相电流，由公式

计算出标准化相电流I_Nk，其中I_N为相电流瞬时值，I_ref为给定相电流参考值，N为电机各相名称(N＝A、B、C、D、…)，再由公式

计算出标准化相电流平均值式中其中ω_m为电机角速度，N_r为转子极数，分别计算出各相标准化相电流的平均值间的两两差值，即