CN103941143A - 一种开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障诊断方法，通过检测开关磁阻电机功率变换器的相电流瞬态值，计算出分类函数值f(x)，作为故障特征量，诊断出开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障。适用于多种相数、多种拓扑结构的开关磁阻电机功率变换器，无需增加硬件，具有良好的故障诊断定位正确率。其方法简单，通用性强，可靠性高，实施效果好。

Description

一种开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种功率变换器主开关短路故障诊断方法，尤其是一种适用于各种相数开关磁阻电机的功率变换器主开关短路故障诊断方法。

背景技术

开关磁阻电机系统突出的容错能力主要源自其功率变换器各相主电路之间以及电机本体中各相磁路之间相互独立的工作特性。然而较好的容错能力并不意味着开关磁阻电机系统不会出现故障。功率变换器是为开关磁阻电机系统提供电能变换的装置，是在整个系统中具有举足轻重的地位，也是整个系统中最容易出现故障的薄弱环节。因此针对开关磁阻电机功率变换器进行及时有效地故障诊断的要求十分迫切。目前，开关磁阻电机功率变换器故障诊断的研究多侧重于硬件，即在功率变换器不同位置增加电流或电压传感器，以获取较多的状态信息，实现故障诊断，但却增加了系统硬件成本和复杂度。若能侧重于算法，即不增加硬件，仅将所检测到的工作电流值或电压值经过一定的数学运算得到故障特征值，实现故障诊断，将是实用有效的开关磁阻电机功率变换器故障诊断方法之一。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在问题，提供一种方法简单、无需增加系统硬件、实施效果的开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障诊断方法。

本发明的开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障诊断方法是：通过检测相电流瞬态值，计算出分类函数值f(x)，作为故障特征量，诊断出开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障，具体诊断方法如下：

检测开关磁阻电机功率变换器的相电流f(t)瞬态值，由小波包变换求得相电流小波各层包节点的系数为S_j,k，其中，j为分解层数，k为信号采样点序号。由此计算相电流小波包第j层各节点的能量值为：

$E_j=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|S_{j,k}\right|}^2$

其中，N为采样点数。

由公式： $f\left(x\right)=\mathrm{sgn}(\underset{i=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{\mathrm{\α}}_{i}K(x_i,x)+b)$

计算出分类函数值f(x)，式中：K(x_i,x)＝exp(-γ||x_i-x||²)为核函数，γ为核参数，sgn()为符号函数，x_i为支持向量，x为不同转速下的各层节点能量值x＝E_m,m＝1,......,j，α_i为支持向量系数，l为支持向量个数，y_i为类别，b为偏移量。将分类函数值f(x)作为故障特征量，来诊断开关磁阻电机功率变换器主开关是否有短路故障；当分类函数值f(x)＝1，则开关磁阻电机功率变换器没有发生主开关短路故障；当分类函数值f(x)＝-1，则开关磁阻电机功率变换器发生主开关短路故障。

有益效果：本发明对多种相数、多种拓扑结构的开关磁阻电机功率变换器短路故障诊断适用。检测开关磁阻电机功率变换器的相电流f(t)瞬态值，计算出分类函数值f(x)，作为故障特征量，诊断出开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障，达到本发明的目的。该开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障诊断方法，侧重于算法，不增加硬件，仅将所检测到的相电流瞬态值经过一定的数学运算得到故障特征值，实现故障诊断，故障诊断定位正确率达100％，其性通可靠高、效果好，工程应用价值良好，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是三相双开关式开关磁阻电机功率变换器主电路的拓扑结构图。

图2是三相双开关式开关磁阻电机功率变换器没有发生主开关短路故障的相电流波形图。

图3是三相双开关式开关磁阻电机功率变换器发生主开关短路故障的相电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明以三相双开关式磁阻电机功率变换器为例，如图1所示，三相双开关磁阻电机功率变换器主电路，三相双开关功率变换器的每相均有两只主开关和两只续流二极管，A相、B相、C相并联在供电电源正极“+”和负极“-”上。其中A相的上主开关S1一端与供电电源正极“+”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。

三相双开关式开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障诊断方法，通过检测相电流瞬态值，计算出分类函数值f(x)，作为故障特征量，诊断出开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障，

首先检测三相双开关式开关磁阻电机功率变换器的A相电流f(t)瞬态值，由小波包变换求得相电流小波各层包节点的系数为S_j,k，其中，j为分解层数，k为信号采样点序号。由此计算相电流小波包第j层各节点的能量值为：

$E_j=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|S_{j,k}\right|}^2$

其中，N为采样点数；

由公式：

$f\left(x\right)=\mathrm{sgn}(\underset{i=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{\mathrm{\α}}_{i}K(x_i,x)+b)$

计算出分类函数值f(x)，式中：K(x_i,x)＝exp(-γ||x_i-x||²)为核函数，γ为核参数，sgn()为符号函数，x_i为支持向量，x为不同转速下的各层节点能量值x＝E_m,m＝1,......,j，α_i为支持向量系数，l为支持向量个数，y_i为类别，b为偏移量。

将分类函数值f(x)作为故障特征量，来诊断开关磁阻电机功率变换器A相主开关S1、S2是否有短路故障；

如图2所示，当分类函数值f(x)＝1，则开关磁阻电机功率变换器A相没有发生主开关S1、S2短路故障；

如图3所示，当分类函数值f(x)＝-1，则开关磁阻电机功率变换器A相发生主开关S1或S2短路故障。

再检测三相双开关式开关磁阻电机功率变换器的B相电流f(t)瞬态值，由小波包变换求得相电流小波各层包节点的系数为S_j,k，其中，j为分解层数，k为信号采样点序号。由此计算相电流小波包第j层各节点的能量值为：

$E_j=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|S_{j,k}\right|}^2$

其中，N为采样点数。

由公式：

$f\left(x\right)=\mathrm{sgn}(\underset{i=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{\mathrm{\α}}_{i}K(x_i,x)+b)$

计算出分类函数值f(x)，式中：K(x_i,x)＝exp(-γ||x_i-x||²)为核函数，γ为核参数，sgn()为符号函数，x_i为支持向量，x为不同转速下的各层节点能量值x＝E_m,m＝1,......,j，α_i为支持向量系数，l为支持向量个数，y_i为类别，b为偏移量。

将分类函数值f(x)作为故障特征量，来诊断开关磁阻电机功率变换器B相主开关S3、S4是否有短路故障；如图2所示，当分类函数值f(x)＝1，则开关磁阻电机功率变换器B相没有发生主开关S3、S4短路故障；如图3所示，当分类函数值f(x)＝-1，则开关磁阻电机功率变换器B相发生主开关S3或S4短路故障。

最后检测三相双开关式开关磁阻电机功率变换器的C相电流f(t)瞬态值，由小波包变换求得相电流小波各层包节点的系数为S_j,k，其中，j为分解层数，k为信号采样点序号。由此计算相电流小波包第j层各节点的能量值为：

$E_j=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|S_{j,k}\right|}^2$

其中，N为采样点数。

由公式：

$f\left(x\right)=\mathrm{sgn}(\underset{i=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{\mathrm{\α}}_{i}K(x_i,x)+b)$

计算出分类函数值f(x)，式中：K(x_i,x)＝exp(-γ||x_i-x||²)为核函数，γ为核参数，sgn()为符号函数，x_i为支持向量，x为不同转速下的各层节点能量值x＝E_m,m＝1,......,j，α_i为支持向量系数，l为支持向量个数，y_i为类别，b为偏移量。

将分类函数值f(x)作为故障特征量，来诊断开关磁阻电机功率变换器C相主开关S5、S6是否有短路故障；

如图2所示，当分类函数值f(x)＝1，则开关磁阻电机功率变换器C相没有发生主开关S5、S6短路故障；

如图3所示，当分类函数值f(x)＝-1，则开关磁阻电机功率变换器C相发生主开关S5或S6短路故障。

该开关磁阻电机功率变换器两相及两相以上同时出现主开关短路故障时的故障检测、故障种类辨别、故障相定位方法与上述类似。

通过对A、B、C三相分别检测相电流，判断其分类函数值f(x)＝1或是f(x)＝-1，从而实现主开关短路故障相的定位。

Claims (1)

1.一种开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障诊断方法，其特征是通过检测相电流瞬态值，计算出分类函数值f(x)，作为故障特征量，诊断出开关磁阻电机功率变换器主开关短路故障，具体诊断方法如下：

检测开关磁阻电机功率变换器的相电流f(t)瞬态值，由小波包变换求得相电流小波各层包节点的系数为S_j,k，其中，j为分解层数，k为信号采样点序号；由此计算相电流小波包第j层各节点的能量值E_j为：

$E_j=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|S_{j,k}\right|}^2$

其中，N为采样点数；

由公式： $f\left(x\right)=\mathrm{sgn}(\underset{i=1}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{\mathrm{\α}}_{i}K(x_i,x)+b)$

计算出分类函数值f(x)，式中：K(x_i,x)＝exp(-γ||x_i-x||²)为核函数，γ为核参数，sgn()为符号函数，x_i为支持向量，x为不同转速下的各层节点能量值x＝E_m,m＝1,......,j，α_i为支持向量系数，l为支持向量个数，y_i为类别，b为偏移量；

将分类函数值f(x)作为故障特征量，来诊断开关磁阻电机功率变换器主开关是否有短路故障；

当分类函数值f(x)＝1，则开关磁阻电机功率变换器没有发生主开关短路故障；

当分类函数值f(x)＝-1，则开关磁阻电机功率变换器发生主开关短路故障。