CN103675589B - 开关磁阻电机功率变换器短路故障母线电流诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种开关磁阻电机功率变换器短路故障母线电流诊断方法，通过检测开关磁阻电机功率变换器的母线电流瞬时值，计算出母线电流对应的小波变换系数在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ，作为故障特征量，用整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器母线电流对应的小波变换系数在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ曲线，诊断出开关磁阻电机功率变换器位置主开关短路故障。适用于多种拓扑结构、多种相数开关磁阻电机功率变换器的位置主开关短路故障诊断，短路故障诊断准确，具有良好的工程应用价值。

Description

开关磁阻电机功率变换器短路故障母线电流诊断方法

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机功率变换器位置主开关短路故障母线电流诊断方法，尤其是一种适用于各种相数、多种拓扑结构的开关磁阻电机功率变换器位置主开关短路故障母线电流诊断方法。

背景技术

开关磁阻电机系统拥有非正弦电流、非正弦电压的供电方式，依靠磁阻最小原理运行，但传统电机功率变换器的故障诊断方法无法直接应用到开关磁阻电机功率变换器中。目前，开关磁阻电机功率变换器故障诊断方法多是针对双开关式功率变换器主开关短路故障的。公共开关式功率变换器也是开关磁阻电机系统常用的功率变换器之一，它所用功率开关器件数量比双开关式功率变换器用的少，其硬件成本比双开关式功率变换器的低，公共开关式功率变换器推广应用更有优势，因此，需要探索既适合双开关式功率变换器又适合公共开关式功率变换器的故障诊断方法。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在问题，提供一种开关磁阻电机功率变换器位置主开关短路故障母线电流诊断方法，通过检测开关磁阻电机功率变换器的母线电流瞬时值，计算出母线电流对应的小波变换系数在不同尺度参数下的最大值的平均值作为故障特征量，从而诊断出开关磁阻电机功率变换器位置主开关短路故障。

本发明的开关磁阻电机功率变换器位置主开关短路故障母线电流诊断方法：

检测开关磁阻电机功率变换器的母线电流f(t)的瞬时值；由公式：

${\mathrm{WT}}_f(a,b)=\frac{1}{2\sqrt{a}}\underset{R}{\∫}\tilde{f}\left(t\right){\widetilde{\mathrm{\ψ}}}^{*}\left(\frac{t-b}{a}\right)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$=\frac{1}{2\sqrt{a}}\underset{R}{\∫}{A}_{a,b}\left(t\right)e^{\mathrm{j\φa},b\left(t\right)}\mathrm{dt}---\left(3\right)$

计算出母线电流f(t)对应的小波变换系数WT_f(a,b)，式中R表示积分区间为实数集，*表示复数共轭，t为母线电流f(t)对应的时间变量，a为小波变换的尺度参数，b为小波变换的平移参数；式(1)中为母线电流f(t)对应的解析信号表示形式，j为复数符号，f_H(t)为母线电流f(t)的Hilbert变换，且有 $f_H\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\∞}^{\∞}f\left(\mathrm{\τ}\right)\frac{1}{t-\mathrm{\τ}}\mathrm{d\τ},$ 为复小波ψ(t)的解析形式， $A_{\mathrm{\ψ}}\left(t\right)={\left(4\mathrm{\π}\right)}^{-\frac{1}{2}}\·e^{\frac{t^2}{4}}$ 为复小波ψ(t)的幅值，为复小波ψ(t)的相位；式(2)中j为复数符号，A_f(t)为母线电流f(t)的幅值，为母线电流f(t)的相位，式(3)中j为复数符号， $A_{a,b}\left(t\right)=A_f\left(t\right){A_{\mathrm{\ψ}}}^{*}\left(\frac{t-b}{a}\right),$

将母线电流f(t)对应的小波变换系数WT_f(a,b)在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ作为故障特征量，即来诊断开关磁阻电机功率变换器的主电路是否有短路故障；

当母线电流f(t)对应的小波变换系数WT_f(a,b)在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ在整个转速范围内的曲线均超过0.09，判断开关磁阻电机功率变换器发生位置主开关短路故障。

有益效果：本发明适用于对多种拓扑结构、多种相数开关磁阻电机功率变换器的位置主开关短路故障诊断。通过检测开关磁阻电机功率变换器的母线电流的瞬时值；计算出母线电流对应的小波变换系数在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ，作为故障特征量，通过采用整个转速范围内开关磁阻电机功率变换器的母线电流对应的小波变换系数在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ曲线，即可诊断出开关磁阻电机功率变换器位置主开关短路故障，达到本发明的目的。该开关磁阻电机功率变换器故障诊断方法，既适合双开关式功率变换器的位置主开关短路故障诊断，也适合公共开关式功率变换器的位置主开关短路故障诊断，还适合其他拓扑结构功率变换器的位置主开关短路故障诊断，位置主开关短路故障诊断准确，其方法简单，诊断效果好，具有广泛的工程应用价值。

附图说明

图1是本发明应用于三相公共开关式开关磁阻电机功率变换器的拓扑结构图。

图2是本发明应用于三相公共开关式开关磁阻电机功率变换器的整个转速范围内的母线电流对应的小波变换系数在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ曲线图。

图3是本发明应用于三相公共开关式开关磁阻电机功率变换器的开关磁阻电机转速为700转/分，无故障时母线电流f(t)的瞬时波形。

图4是本发明应用于三相公共开关式开关磁阻电机功率变换器的开关磁阻电机转速为700转/分，有位置主开关短路故障时母线电流f(t)的瞬时波形。

图5是本发明应用于三相双开关式开关磁阻电机功率变换器的拓扑结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

实施例一：如图1所示，为三相公共开关式开关磁阻电机功率变换器主电路，三相公共开关式开关磁阻电机功率变换器的每相均有一只主开关和一只续流二极管，A相、B相、C相并联在供电电源U负极“-”上，A相、B相、C相通过公共开关S1和公共续流二极管VD1并联在供电电源U正极“+”上。公共开关S1的一端与供电电源正极“+”相连、公共开关S1的另一端与A相绕组一端相连，A相的位置主开关S2一端与供电电源负极“-”相连、A相的位置主开关S2另一端与A相绕组另一端相连，A相续流二极管VD2的一端与供电电源U正极“+”相连、A相续流二极管VD2的另一端与A相绕组另一端相连，公共续流二极管VD1的一端与供电电源U负极“-”相连、公共续流二极管VD1的另一端与A相绕组一端相连。B相、C相内部连接方式与A相内部连接方式相同，略。开关磁阻电机功率变换器位置主开关短路故障母线电流诊断方法如下：

首先检测三相公共开关式开关磁阻电机功率变换器的母线电流f(t)的瞬时值；由公式：

${\mathrm{WT}}_f(a,b)=\frac{1}{2\sqrt{a}}\underset{R}{\∫}\tilde{f}\left(t\right){\widetilde{\mathrm{\ψ}}}^{*}\left(\frac{t-b}{a}\right)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$=\frac{1}{2\sqrt{a}}\underset{R}{\∫}{A}_{a,b}\left(t\right)e^{\mathrm{j\φa},b\left(t\right)}\mathrm{dt}---\left(3\right)$

计算出母线电流f(t)对应的小波变换系数WT_f(a,b)，

式中：R表示积分区间为实数集，*表示复数共轭，t为母线电流f(t)对应的时间变量，a为小波变换的尺度参数，b为小波变换的平移参数；式(1)中为母线电流f(t)对应的解析信号表示形式，j为复数符号，f_H(t)为母线电流f(t)的Hilbert变换，且有 为复小波ψ(t)的解析形式， $A_{\mathrm{\ψ}}\left(t\right)={\left(4\mathrm{\π}\right)}^{-\frac{1}{2}}\·e^{\frac{t^2}{4}}$ 为复小波ψ(t)的幅值，为复小波ψ(t)的相位；式(2)中j为复数符号，A_f(t)为母线电流f(t)的幅值，为母线电流f(t)的相位，式(3)中j为复数符号， $A_{a,b}\left(t\right)=A_f\left(t\right){A_{\mathrm{\ψ}}}^{*}\left(\frac{t-b}{a}\right),$

将母线电流f(t)对应的小波变换系数WT_f(a,b)在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ作为故障特征量，即来诊断开关磁阻电机功率变换器的主电路是否有短路故障。如图2所示，整个转速范围内母线电流对应的小波变换系数在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ均超过0.09，三相公共开关式开关磁阻电机功率变换器发生位置主开关短路故障。

例如：开关磁阻电机转速为700转/分，无故障时母线电流f(t)的瞬时波形如图3所示，故障特征量Δ=0.0361，表明无故障。开关磁阻电机转速为700转/分，有位置主开关短路故障时母线电流f(t)的瞬时波形如图4所示，故障特征量Δ=0.1296，超过0.09，表明有位置主开关短路故障。

实施例二：如图5所示，为三相双开关式开关磁阻电机功率变换器主电路，三相双开关的每相均有两只主开关和两只续流二极管，A相、B相、C相并联在供电电源U正极“+”和负极“-”上；其中A相的上主开关S1一端与供电电源U正极“+”相连、上主开关S1另一端与A相绕组一端相连，下主开关S2一端与供电电源U负极“-”相连、下主开关S2另一端与A相绕组另一端相连，上续流二极管VD1一端与供电电源U正极“+”相连、上续流二极管VD1另一端与A相绕组另一端相连，下续流二极管VD2一端与供电电源U负极“-”相连、下续流二极管VD2另一端与A相绕组一端相连。B相、C相内部连接方式与A相内部连接方式相同，略。开关磁阻电机功率变换器位置主开关短路故障母线电流诊断方法如下：

首先检测三相双开关式开关磁阻电机功率变换器的母线电流f(t)的瞬时值；由公式：

${\mathrm{WT}}_f(a,b)=\frac{1}{2\sqrt{a}}\underset{R}{\∫}\tilde{f}\left(t\right){\widetilde{\mathrm{\ψ}}}^{*}\left(\frac{t-b}{a}\right)\mathrm{dt}---\left(4\right)$

$=\frac{1}{2\sqrt{a}}\underset{R}{\∫}{A}_{a,b}\left(t\right)e^{\mathrm{j\φa},b\left(t\right)}\mathrm{dt}---\left(6\right)$

计算出母线电流f(t)对应的小波变换系数WT_f(a,b)，式中R表示积分区间为实数集，*表示复数共轭，t为母线电流f(t)对应的时间变量，a为小波变换的尺度参数，b为小波变换的平移参数；式(4)中为母线电流f(t)对应的解析信号表示形式，j为复数符号，f_H(t)为母线电流f(t)的Hilbert变换，且有 $f_H\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\∫}_{-\∞}^{\∞}f\left(\mathrm{\τ}\right)\frac{1}{t-\mathrm{\τ}}\mathrm{d\τ},$ 为复小波ψ(t)的解析形式， $A_{\mathrm{\ψ}}\left(t\right)={\left(4\mathrm{\π}\right)}^{-\frac{1}{2}}\·e^{\frac{t^2}{4}}$ 为复小波ψ(t)的幅值，为复小波ψ(t)的相位；式(5)中j为复数符号，A_f(t)为母线电流f(t)的幅值，为母线电流f(t)的相位，式(6)中j为复数符号， $A_{a,b}\left(t\right)=A_f\left(t\right){A_{\mathrm{\ψ}}}^{*}\left(\frac{t-b}{a}\right),$

将母线电流f(t)对应的小波变换系数WT_f(a,b)在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ为故障特征量，即来诊断开关磁阻电机功率变换器的主电路是否有短路故障；

如图2所示，整个转速范围内母线电流对应的小波变换系数在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ均超过0.09，三相双开关式开关磁阻电机功率变换器发生位置主开关短路故障。

Claims (1)

1.一种开关磁阻电机功率变换器短路故障母线电流诊断方法，其特征在于：检测开关磁阻电机功率变换器的母线电流f(t)的瞬时值；由公式：

计算出母线电流f(t)对应的小波变换系数WT_f(a,b)，式中R表示积分区间为实数集，*表示复数共轭，t为母线电流f(t)对应的时间变量，a为小波变换的尺度参数，b为小波变换的平移参数；式(1)中为母线电流f(t)对应的解析信号表示形式，j为复数符号，f_H(t)为母线电流f(t)的Hilbert变换，且有 为复小波ψ(t)的解析形式， $A_{\mathrm{\ψ}}\left(t\right)={\left(4\mathrm{\π}\right)}^{-\frac{1}{2}}\·e^{-\frac{t^2}{4}}$ 为复小波ψ(t)的幅值，为复小波ψ(t)的相位；式(2)中j为复数符号，A_f(t)为母线电流f(t)的幅值，为母线电流f(t)的相位， 式(3)中j为复数符号， $A_{a,b}\left(t\right)=A_f\left(t\right){A_{\mathrm{\ψ}}}^{*}\left(\frac{t-b}{a}\right),$

将母线电流f(t)对应的小波变换系数WT_f(a,b)在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ作为故障特征量，即诊断开关磁阻电机功率变换器的主电路是否有短路故障；

当母线电流f(t)对应的小波变换系数WT_f(a,b)在不同尺度参数下的最大值的平均值Δ在整个转速范围内的曲线均超过0.09，判断开关磁阻电机功率变换器上的位置主开关发生短路故障。