[发明专利]五相永磁同步电机逆变器开路故障的检测方法

说明书

本发明公开一种五相永磁同步电机逆变器开路故障的检测方法，根据五相电流的周期平均值和绝对平均值计算出各相的故障检测变量，将故障检测变量与设定阈值进行比较得到逆变器的故障指示信号，根据故障指示信号进行故障检测和定位，确定逆变器开路故障的类型，能准确定位出逆变器发生单管故障、单相故障、相邻两相故障以及不相邻两相故障这4类开路故障类型，实现了五相逆变器开路故障的快速检测和定位，不需要复杂的坐标变换和增加额外的硬件电路，提高故障检测的速度。

技术领域

本发明涉及电机逆变器开路故障检测领域，尤其涉及五相永磁同步电机的逆变器开路故障的检测方法。

背景技术

多相电机驱动系统是通过增加定子绕组的相数来实现低压大功率传输，与传统的三相电机驱动系统相比，其输出转矩脉动的幅值降低，减少了电机的振动和噪声；逆变器每相桥臂承担的功率容量较小，避免了开关器件串并联引起的动静态均压、均流等问题；相数的冗余，使其能够在故障状态下继续容错运行，提高了系统的可靠性。

一般地，电机驱动系统由逆变器、控制器和传感器几个部分构成，任何一个部分发生故障都会对驱动系统的运行造成影响。其中，逆变器故障是电机驱动系统中最频繁发生的故障，占总故障的82.5％以上。

如图1所示的五相逆变器结构，逆变器故障主要包括开路故障和短路故障。功率管发生的短路故障会引起逆变器上下桥臂的直通，瞬间产生很大的短路电流，需要在极短的时间内进行处理。当功率管发生短路故障时，通常采用故障隔离技术，将其转换为开路故障，然后再根据开路故障的检测方法进行诊断和定位。功率管发生的开路故障，通常情况下并不会造成系统立即停机，但将会增加其它开关器件的电压和电流应力，使输出波形产生畸变，如不及时进行诊断和处理，将导致二次事故的发生，其危害性亦不容小觑。因此当逆变器发生故障时，要能够及时检测、定位、隔离，进入容错运行状态，而切换到容错控制的前提就是能准确地检测到逆变器发生故障以及发生故障的位置。

针对五相逆变器开路故障的，目前主要是基于电流的故障检测方法，如图2所示，基于电流的逆变器开路故障检测方法是：

(1)将五相电流i_n(n＝a,b,c,d,e)经过Park变换，得到静止两相坐标系下的电流i_α、i_β。

其中i_a、i_b、i_c、i_d、i_e分别是A、B、C、D、E的相电流，i_α、i_β分别是两相静止坐标系下的电流，γ＝2*π/5。

(2)通过模值计算出电流矢量模值

(3)电机的电流受电机运行工况的影响，当电机正常运行时电流呈现对称的波形；当发生故障后，电流波形就会发生变化，因此对电机相电流进行归一化处理：

其中i_n^*是电机相电流的归一化值。

(4)对归一化的电流分别求取周期平均值〈i_n^*〉和绝对平均值〈|i_n^*|〉：

其中〈i_n^*〉为归一化电流的周期平均值，|i_n^*|是电机归一化相电流的绝对值，〈|i_n^*|〉是归一化电流的绝对平均值，χ是电机正常状态下求取|i_n^*|在一个周期里的值，w_e是电角速度。