CN111983420B - 一种基于三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法。首先，采样每相支路上电流的大小，进行故障初诊断；然后，通过触发板给定60°的延迟导通角，进行系统运行状态的监测，根据a相采集的相电压大小，产生状态信号；最后，根据状态信号确定故障标志信号状态，判断逆变器是否发生开路故障，并得到故障开关管的位置信息。本方法实现了三相可控硅调压电路的单管开路故障的在线诊断，只需要采集单相相电压，通过其中包含的故障信号，就可进行单管开路故障诊断，简单易于实现，在最短时间内做出应对措施，进而降低因晶闸管开路故障而对系统造成损害。

Description

一种基于三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法
技术领域
本发明涉及一种基于三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法，可用于可控硅开关管故障诊断。
背景技术
可控硅是一种大功率电器元件，也称晶闸管。由于它体积小、效率高、寿命长等优点，在交流调压电路中得到了广泛应用，该电路通过控制每半个周期内的晶闸管开通相位，进行输出电压的有效值的调节，可应用于灯光控制、异步电机软起动及调速等方面。
而实际运行表明，该电路大多故障表现都为功率开关器件的损坏，包括开路和短路故障。短路故障危害巨大，通常由硬件电路在极短时间内进行保护处理；对于开路故障，多数情况下不会导致系统立刻停止运行，但会引起其它器件发生二次故障，失去理想调节效果，最终导致系统无法正常工作。因此，对于对晶闸管进行开路故障诊断和定位可以为后续故障隔离、切除，甚至系统容错控制工作打下了基础。
目前，对于晶闸管故障诊断常用的神经网络算法容易陷入局部极小点的问题，而对于大多基于电流或电压检测的方法，需要增加大量硬件电路或使用复杂的信号提取电路和处理算法，实际应用价值不高。
发明内容
技术问题：针对现有三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法存在的问题，提出一种基于相故障信号检测的单管开路故障诊断方法，该方法不需要增加大量硬件电路或使用复杂的信号提取电路，并且信号处理算法简单，通过相邻两个运行状态下电压故障信号经逻辑综合，定位出发生开路故障的功率管号。
技术方案：一种基于三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法，包括如下步骤：
步骤1：采样每相支路上电流is，进行故障初诊断，产生动作信号；
步骤2：通过触发板给定60°的延迟导通角，确定导通顺序，根据a相采集的相电压uan’，进行系统运行状态的监测，产生对应着两两开关管导通的6个状态信号Sn(n＝1～6)，通过逻辑定义得到故障标志信号Fn(n＝1～4)；
步骤3：根据故障标志信号Fn(n＝1～4)，通过故障位置判断器，判断开关管单管故障位置定位信号；
步骤4：通过诊断结果输出器输出晶闸管开路故障信息。
进一步的，所述步骤1具体为：通过电流传感器获取一周期内三相支路电流ia、ib和ic，根据公式(1)获得动作信号D，当D＝1时，故障初诊定，进行下一步；
Figure BDA0002660301930000021
式中
Figure BDA0002660301930000022
表示电流平均值；/>
Figure BDA0002660301930000023
表示D的反逻辑，当D＝0时，/>
Figure BDA0002660301930000024
当D＝1时，/>
Figure BDA0002660301930000025
进一步的，所述步骤2中，根据式(2)产生状态信号Sn(n＝1～6)，再由式(3)获取故障标志信号Fn(n＝1～4)；
Figure BDA0002660301930000026
Figure BDA0002660301930000027
式中uab、uac为电源线电压。
进一步的，所述步骤3中具体为：如果F1＝F2＝1，VT1开路故障；如果F1＝0、F2＝1，VT2开路故障；如果F3＝1、F4＝0，VT3开路故障；如果F3＝F4＝1，VT4开路故障；如果F3＝0、F4＝1，VT5开路故障；如果F1＝1、F2＝0，VT6开路故障；其中，VT1、VT4分别为a相上反向并联的两晶闸管，VT3、VT6分别为b相上反向并联的两晶闸管，VT5、VT2分别为c相上反向并联的两晶闸管。
有益效果：本发明的一种基于相故障信号检测的单管开路故障诊断方法，首先采样每相支路上电流is，进行故障初诊断；若产生动作信号，则通过触发板给定60°的延迟导通角，根据a相采集的相电压uan’，进行系统运行状态的监测，产生状态信号Sn(n＝1～6)，从而得到故障标志信号Fn(n＝1～4)；最后通过故障位置判断规则，进行定位诊断。本发明基于相电流检测的调压电路晶闸管开路故障诊断方法，其检测方法简单、快速、准确，只需要采集单相相电压，通过其中包含的故障信号进行单管开路检测，充分利用两个相邻电机运行状态下的电压故障信号逻辑关系，迅速对故障的开关管进行定位，进而降低因晶闸管开路故障而对系统造成损害。
附图说明
图1为一种基于三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法控制框图；
图2为本发明方法仿真结果，其中图2(a)为调压电路正常运行时对应a相相电压波形；图2(b)为T1开路故障时对应a相相电压波形；图2(c)为T2开路故障时对应a相相电压波形。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，基于三相可控硅的调压电路主要组成部分为晶闸管反并联模块1，开路故障检测部分是由故障初诊断模块2，运行状态检测模块3、故障位置判断模块4以及诊断结果输出模块5组成。初诊断模块2通过电流传感器检测晶闸管反并联模块1电流信号，产生动作信号后；运行状态检测模块3在给定工况下得到工作区间信号和对应的故障标志信号，并将数据传输到故障位置判断模块4中；故障位置判断模块4通过已定义的故障位置判断器进行信号处理，数据处理后发送给诊断结果输出模块5。具体的，一种基于三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法，包括如下步骤：
步骤1：采样每相支路上电流is，进行故障初诊断，产生动作信号D；具体为：
通过电流传感器获取一周期内三相支路电流ia、ib和ic，根据公式(1)获得动作信号D，当D＝1时，故障初诊定，操作下一步；
Figure BDA0002660301930000031
式中
Figure BDA0002660301930000032
表示电流平均值；/>
Figure BDA0002660301930000033
表示D的反逻辑，当D＝0时，/>
Figure BDA0002660301930000034
当D＝1时，/>
Figure BDA0002660301930000035
步骤2：通过触发板给定60°的延迟导通角，确定导通顺序，根据a相采集的相电压uan’，进行系统运行状态的监测，根据式(2)产生对应着两两开关管导通的6个状态信号Sn(n＝1～6)，再由式(3)得到故障标志信号Fn(n＝1～4)；
Figure BDA0002660301930000041
Figure BDA0002660301930000042
式中uab、uac为电源线电压。
步骤3：根据故障标志信号Fn(n＝1～4)，通过故障位置判断器，判断开关管单管故障位置定位信号；具体为：
将故障标志信号Fn输入故障位置判断器，然后根据以下顺序对故障开关管进行定位：如果F1＝F2＝1，VT1开路故障；如果F1＝0、F2＝1，VT2开路故障；如果F3＝1、F4＝0，VT3开路故障；如果F3＝F4＝1，VT4开路故障；如果F3＝0、F4＝1，VT5开路故障；如果F1＝1、F2＝0，VT6开路故障。总体概括如式4所示，Gn(n＝1～6)为n管故障位置定位信号。
Figure BDA0002660301930000043
其中，VT1、VT4分别为a相上反向并联的两晶闸管，VT3、VT6分别为b相上反向并联的两晶闸管，VT5、VT2分别为c相上反向并联的两晶闸管。
步骤4：通过诊断结果输出器输出逆变器开路故障信息，具体为：
将晶闸管开路故障信息写入相应的标志变量或通过显示屏或数码管显示出来。
为了验证采用本发明的方法进行基于三相可控硅的三相调压电路晶闸管单管开路故障的诊断和定位的效果，对本发明的方法进行了仿真。三相调压电路晶闸管VT1故障时，对应a相相电压波形如图2(a)所示，此时已经触发动作信号，给定延迟角60°，通过相电压检测，可以发现S2＝0，S3＝0，根据式(4)，通过故障检测器得出F1＝F2＝1，因此开关管VT1发生开路故障；VT3故障时，对应a相相电压波形如图2(b)所示，通过相电压检测，可以输出S5＝0，S6＝1，再通过故障检测器得出F3＝1，F4＝0，G3＝1，因此开关管VT3发生开路故障；若发生动作信号误触发，此时对应a相相电压波形如图2(c)所示，可以发现Sn＝1，Fn＝0，所以经过故障检测器输出G7＝1，即无开路故障发生。可以看出，本发明可以简便、快速、准确的实现基于三相可控硅的三相调压电路晶闸管单管开路故障诊断。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采样每相支路上电流i s ，进行故障初诊断，产生动作信号；
步骤2：通过触发板给定60°的延迟导通角，确定导通顺序，根据a相采集的相电压u an ’，进行系统运行状态的监测，产生对应着两两开关管导通的6个状态信号S n ，n=1~6，通过逻辑定义得到故障标志信号F n ，n=1~4；
步骤3：根据故障标志信号F n ，n=1~4，通过故障位置判断器，判断开关管单管故障位置定位信号；
步骤4：通过诊断结果输出器输出晶闸管开路故障信息；
所述步骤2中，根据式(2)产生状态信号S n ，n=1~6，再由式(3)获取故障标志信号F n ，n=1~4；
Figure QLYQS_1
(2)
Figure QLYQS_2
(3)
式中u ab 、u ac 为电源线电压。
2.根据权利要求1所述的基于三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法，其特征在于：所述步骤1具体为：通过电流传感器获取一周期内三相支路电流i a 、i b 和i c ，根据公式(1)获得动作信号D，当D=1时，故障初诊定，进行下一步；
Figure QLYQS_3
(1)
式中
Figure QLYQS_4
表示电流平均值，s=a、b、c；/>
Figure QLYQS_5
表示D的反逻辑，当D=0时，/>
Figure QLYQS_6
=1；当D=1时，/>
Figure QLYQS_7
=0。
3.根据权利要求1所述的基于三相可控硅调压电路的单管开路故障诊断方法，其特征在于：所述步骤3中具体为：如果F 1=F 2=1，VT1开路故障；如果F 1=0、F 2=1，VT2开路故障；如果F 3=1、F 4=0，VT3开路故障；如果F 3=F 4=1，VT4开路故障；如果F 3=0、F 4=1，VT5开路故障；如果F 1=1、F 2=0，VT6开路故障；其中，VT1、VT4分别为a相上反向并联的两晶闸管，VT3、VT6分别为b相上反向并联的两晶闸管，VT5、VT2分别为c相上反向并联的两晶闸管。
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