CN116338455A - 一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法 - Google Patents

一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法 Download PDF

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CN116338455A CN202310620467.5A CN202310620467A CN116338455A CN 116338455 A CN116338455 A CN 116338455A CN 202310620467 A CN202310620467 A CN 202310620467A CN 116338455 A CN116338455 A CN 116338455A
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侯立东
任铭
宋淑萍
王海滨
白劲松
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Abstract

本发明涉及永磁同步电机领域，具体的说是一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法，本发明公开了一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法，该方法有以下步骤：1.采集永磁同步电机的三相电流；2.对数据进行预处理；3.计算诊断变量，依据故障诊断定位表并进行故障开关管的定位。通过三相电流信号输入，无需额外传感器，且计算简单故障判别与定位迅速，可实现单双管21种故障的诊断。

Description

一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机领域，具体的说是一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法。
背景技术
永磁同步电机(工业发展的历史源远流长，且应用领域非常广泛。如今，永磁同步电机已经成为汽车、医疗电子、航空航天等工业领域的重要组成部分。由于恶劣的工作环境和连接线损耗等问题的影响，逆变器故障会导致电机驱动失败，系统失效，造成严重的后果与经济损失。在逆变器故障中，开关管的故障发生频率最高。开关管故障类型分别三种，分别是短路故障、间歇性失效以及开路故障，且前两者故障均可以通过熔断器将其转化为开路故障，因此对永磁同步电机的逆变器的开关管开路故障的诊断与定位对于保护系统正常工作，降低系统检修运维成本以及提升系统稳定性有着十分重要的作用。
为保证电机驱动系统在恶劣工况下的稳定运行，传统方法往往存在着以下缺点：1.计算量大，无法实时快速检测出开路故障；2.在故障发生后，仅仅可以识别到故障发生，而无法准确定位到哪一个开关管发生了故障；3.在单、双开关管同时发生故障后，系统畸变严重且三相电流互相耦合，使得诊断方法准确性降低，导致误诊断。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法，包括以下步骤：
步骤S1：采集永磁同步电机的三相电流；
步骤S2：对三相电流进行预处理；
步骤S3：计算诊断变量，依据故障诊断定位表并进行故障开关管的定位。
具体的，所述步骤S2中的预处理具体为Clark变换并归一化处理，归一化处理公式为：
归一化处理公式为：
Figure SMS_1
式中，k代表各相，分别为a,b,c；IαIβ分别为Clark变换后的αβ轴的电流。
具体的，所述步骤S3中的诊断变量的计算方法如下：
步骤S31：提取采样点前一个周期的数据分别形成三相电流的三个诊断序列；
步骤S32：对该诊断序列分别计算诊断变量；
步骤S33：将诊断变量的数值对照开关管故障定位表，确定是否有故障出现，且对故障进行定位。
具体的，步骤S32中计算诊断变量的方法具体流程如下：
步骤S321：对于每相电流的诊断序列取绝对值并求其平均；
步骤S322：对于每相电流的每个采样点，计算诊断序列的三阶中心矩；
步骤S323：定义诊断变量。
具体的，步骤S321中取绝对值并求其平均的具体公式如下：
Figure SMS_2
式中，N代表一个周期内的采样点个数；
Figure SMS_3
为k相电流第p个采样点；/>
Figure SMS_4
为k相电流第p个采样点的上一周期的绝对值平均，A。
具体的，步骤S322中计算诊断序列的三阶中心矩具体公式为：
Figure SMS_5
式中，
Figure SMS_6
为k相电流第p诊断序列的三阶中心矩。
具体的，步骤S323中定义诊断变量的公式具体为：
Figure SMS_7
。
本发明的有益效果：
1.本发明中，该算法只需要三相电流信号输入，无需额外传感器，抗负载变化能力强。
2.本发明中，采用三阶中心矩与平均值作为诊断变量，计算复杂度小，可实现快速诊断、定位，从而减少故障对系统的损害。
3.本发明中，对三相电流分别构建诊断序列，对每相单独检测，提升了诊断准确率，且可实现对单管、双管故障共计21中故障组合进行诊断及定位。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为永磁同步电机逆变电路的开关管拓扑图；
图2为开关管开路故障诊断方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-图2所示，本发明所述的一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法，包括以下步骤：
步骤S1：采集永磁同步电机的三相电流；
步骤S2：对三相电流进行预处理；
步骤S3：计算诊断变量，依据故障诊断定位表并进行故障开关管的定位。
具体的，所述步骤S2中的预处理具体为Clark变换并归一化处理，归一化处理公式为：
归一化处理公式为：
Figure SMS_8
式中，k代表各相，分别为a,b,c；IαIβ分别为Clark变换后的αβ轴的电流。
具体的，所述步骤S3中的诊断变量的计算方法如下：
步骤S31：提取采样点前一个周期的数据分别形成三相电流的三个诊断序列；
步骤S32：对该诊断序列分别计算诊断变量；
步骤S33：将诊断变量的数值对照开关管故障定位表，确定是否有故障出现，且对故障进行定位。
具体的，步骤S32中计算诊断变量的方法具体流程如下：
步骤S321：对于每相电流的诊断序列取绝对值并求其平均；
步骤S322：对于每相电流的每个采样点，计算诊断序列的三阶中心矩；
步骤S323：定义诊断变量。
具体的，步骤S321中取绝对值并求其平均的具体公式如下：
Figure SMS_9
式中，N代表一个周期内的采样点个数；
Figure SMS_10
为k相电流第p个采样点；/>
Figure SMS_11
为k相电流第p个采样点的上一周期的绝对值平均，A。
具体的，步骤S322中计算诊断序列的三阶中心矩具体公式为：
Figure SMS_12
式中，
Figure SMS_13
为k相电流第p诊断序列的三阶中心矩。
具体的，步骤S323中定义诊断变量的公式具体为：
Figure SMS_14
进一步的，开关管故障定位表为：
Figure SMS_15
Figure SMS_16
其中T1，T2为诊断变量VM的诊断阈值，ε为诊断变量M的诊断阈值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施方式和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：采集永磁同步电机的三相电流；
步骤S2：对三相电流进行预处理；具体为Clark变换并归一化处理，归一化处理公式为：
归一化处理公式为：
Figure QLYQS_1
式中，k代表各相，分别为a,b,c；IαIβ分别为Clark变换后的αβ轴的电流；
步骤S3：计算诊断变量，依据故障诊断定位表并进行故障开关管的定位，计算方法如下：
步骤S31：提取采样点前一个周期的数据分别形成三相电流的三个诊断序列；
步骤S32：对该诊断序列分别计算诊断变量；
步骤S33：将诊断变量的数值对照开关管故障定位表，确定是否有故障出现，且对故障进行定位。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法，其特征在于：步骤S32中计算诊断变量的方法具体流程如下：
步骤S321：对于每相电流的诊断序列取绝对值并求其平均；
步骤S322：对于每相电流的每个采样点，计算诊断序列的三阶中心矩；
步骤S323：定义诊断变量。
3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法，其特征在于：步骤S321中取绝对值并求其平均的具体公式如下：
Figure QLYQS_2
式中，N代表一个周期内的采样点个数；
Figure QLYQS_3
为k相电流第p个采样点；/>
Figure QLYQS_4
为k相电流第p个采样点的上一周期的绝对值平均，A。
4.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法，其特征在于：步骤S322中计算诊断序列的三阶中心矩具体公式为：
Figure QLYQS_5
式中，
Figure QLYQS_6
为k相电流第p诊断序列的三阶中心矩。
5.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机开关管开路故障诊断方法，其特征在于：步骤S323中定义诊断变量的公式具体为：
Figure QLYQS_7
。
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