TWI681611B

TWI681611B - 三階ｔ型變頻器之容錯控制系統及其容錯控制方法

Info

Publication number: TWI681611B
Application number: TW107116319A
Authority: TW
Inventors: 趙貴祥; 張隆益; 洪健竣
Original assignee: 國立勤益科技大學
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2020-01-01
Also published as: TW201947854A

Abstract

本發明提供一種三階T型變頻器之容錯控制方法，透過操控二備用功率開關、第一雙向開關、第二雙向開關及第三雙向開關，可以在二第一橋臂功率開關、二第二橋臂功率開關及二第三橋臂功率開關中任一者故障時進行容錯控制，使三階T型變頻器仍可維持三相平衡輸出，避免危險發生。

Description

三階T型變頻器之容錯控制系統及其容錯控制方法

本發明是有關於一種變頻器的系統及控制方法，且尤其是有關一種三階T型變頻器的系統及控制方法。

近年來工業的蓬勃發展，乃因馬達帶動各式各樣的負載運轉來達成自動化的目的，而馬達則是由馬達驅動系統之變頻器將直流電轉換為交流電，藉由調整交流電之頻率，進而控制馬達。然而，變頻器供電於馬達之特性將受變頻器輸出諧波成份之影響。此外，變頻器廣泛應用於生產、製造業的工業產品，隨著生產品質的要求日益提升，對於馬達的控速精度也越來越嚴格。因此，工業應用之變頻器應具備高效率、低諧波失真的能力。

然而，變頻器易於複雜的自然環境(高低溫、粉塵、腐蝕)和長時間過電流工作下發生故障。而變頻器的故障可能造成巨大的經濟損失，例如鋼鐵廠生產線之馬達驅動系統發生故障以致工程延宕，其導致經濟的損失將難以估計，甚至嚴重危害操作人員的安全。

有鑑於此，如何使多階變頻器在故障時亦能正常運作，遂成相關業/學者努力的目標。

本發明提供一種三階T型變頻器之容錯控制系統，透過其電路結構的配置及容錯控制器的設置，可使三階T型變頻器具備容錯(Fault-tolerant)控制功能，而在元件發生故障時能繼續維持運轉。

依據本發明之一態樣提供一種三階T型變頻器之容錯控制系統，其包含一三階T型變頻器及一處理單元，三階T型變頻器包含一直流電壓、一第一相電路、一第二相電路、一第三相電路及一備用電路。直流電壓包含一正端點及一負端點；第一相電路包含二第一橋臂功率開關，其為閘極絕緣雙極性接面電晶體(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)，其中一第一橋臂功率開關的一集極(collector)與正端點電性連接，前述其中一第一橋臂功率開關的一射極(emitter)與另一第一橋臂功率開關的一集極以一第一端點電性連接，前述另一第一橋臂功率開關的一射極與負端點電性連接；第二相電路包含二第二橋臂功率開關，其為閘極絕緣雙極性接面電晶體，其中一第二橋臂功率開關的一集極與正端點電性連接，前述其中一第二橋臂功率開關的一射極與另一第二橋臂功率開關的一集極以一第二端點電性連接，前述另一第二橋臂功率開關的一射極與負端點電性連接；第三相電路包含二第三橋臂功率開關，其為閘極絕緣雙極性接面電晶體，其中一第三橋臂功率開關的一集極與正端點電性連接，前述其中一第三橋臂功率開關的一射極與另一第三橋臂功率開關的一集極以一第三端點電性連接，前述另一第三橋臂功率開關的一射極與負端點電性連接。備用電路包含二備用功率開關、一第一雙向開關、一第二雙向開關及一第三雙向開關，備用功率開關為閘極絕緣雙極性接面電晶體，其中一備用功率開關的一集極與正端點電性連接，前述其中一備用功率開關的一射極與另一備用功率開關的一集極以一第四端點電性連接，前述另一備用功率開關的一射極與負端點電性連接；第一雙向開關為三極交流半導體開關元件(Triode AC，TRIAC)，第一雙向開關一端與第四端點電性連接且另一端與第一端點電性連接；第二雙向開關為三極交流半導體開關元件，第二雙向開關一端與第四端點電性連接且另一端與第二端點電性連接；第三雙向開關為三極交流半導體開關元件，第三雙向開關一端與第四端點電性連接且另一端與第三端點電性連接。處理單元電性連接三階T型變頻器且包含一容錯控制器。容錯控制器選擇性啟閉二第一橋臂功率開關、二第二橋臂功率開關、二第三橋臂功率開關及二備用功率開關。

藉此，透過二備用功率開關、第一雙向開關、第二雙向開關、第三雙向開關及容錯控制器的配置，可以在二第一橋臂功率開關、二第二橋臂功率開關及二第三橋臂功率開關中任一者故障時進行容錯控制，使三階T型變頻器仍可作維持三相平衡輸出，避免危險發生。

依據本發明之另一態樣提供一種三階T型變頻器之容錯控制方法，應用於前述之三階T型變頻器之容錯控制系統，三階T型變頻器之容錯控制方法包含提供一調整作業，選擇截止二第一橋臂功率開關、二第二橋臂功率開關或二第三橋臂功率開關，操作二容錯開關且選擇觸發導通第一雙向開關、第二雙向開關或第三雙向開關。其中，當任一第一橋臂功率開關為故障時，截止二第一橋臂功率開關及觸發導通第一雙向開關；當任一第二橋臂功率開關為故障時，截止二第二橋臂功率開關及觸發導通第二雙向開關；當任一第三橋臂功率開關為故障時，截止二第三橋臂功率開關及觸發導通第三雙向開關。

依據前述之三階T型變頻器之容錯控制方法，可更包含提供一診斷作業，自二第一橋臂功率開關、二第二橋臂功率開關及二第三橋臂功率開關中判斷一故障者。其中於診斷作業中，可將第一相電路的一第一相輸出線電流、第二相電路的一第二相輸出線電流及第三相電路的一第三相輸出線電流經由快速傅立葉轉換後，擷取(m _f-1)及(m _f+1)處之特徵頻譜進行基於類小腦神經網路的故障分析，其中m _f是頻率調變指數(Frequency modulation index)。

100‧‧‧三階T型變頻器之容錯控制系統

200‧‧‧三階T型變頻器

300‧‧‧處理單元

320‧‧‧容錯控制器

330‧‧‧故障診斷器

340‧‧‧快速傅立葉轉換器

400‧‧‧三階T型變頻器之容錯控制方法

410、420‧‧‧步驟

C ₁、C ₂‧‧‧電容

i _a‧‧‧第一相輸出線電流

i _b‧‧‧第二相輸出線電流

i _c‧‧‧第三相輸出線電流

N‧‧‧負端點

o‧‧‧中性點

P‧‧‧正端點

P1‧‧‧第一端點

P2‧‧‧第二端點

P3‧‧‧第三端點

P4‧‧‧第四端點

Sa1 ⁺、Sa2 ^-‧‧‧第一橋臂功率開關

Sb1 ⁺、Sb2 ^-‧‧‧第二橋臂功率開關

Sc1 ⁺、Sc2 ^-‧‧‧第三橋臂功率開關

Sa2 ⁺、Sa1 ^-‧‧‧第一箝位功率電晶體

Sb2 ⁺、Sb1 ^-‧‧‧第二箝位功率電晶體

Sc2 ⁺、Sc1 ^-‧‧‧第三箝位功率電晶體

Sx ⁺、Sx ^-‧‧‧備用功率開關

T _a‧‧‧第一雙向開關

T _b‧‧‧第二雙向開關

T _c‧‧‧第三雙向開關

v _ab、v _bc、v _ca‧‧‧線電壓

V _dc‧‧‧直流電壓

第1圖繪示依照本發明一實施方式之一種三階T型變頻器之容錯控制系統的架構示意圖；第2圖繪示第1圖之三階T型變頻器的電路示意圖；第3圖繪示依照本發明另一實施方式之一種三階T型變頻器之容錯控制方法的步驟流程圖；第4圖繪示第2圖之三階T型變頻器的一第一橋臂功率開關故障電路示意圖；第5圖繪示第4圖之三階T型變頻器的線電壓圖；第6圖繪示第2圖之三階T型變頻器的一第二橋臂功率開關故障電路示意圖；第7圖繪示第6圖之三階T型變頻器的線電壓圖；第8圖繪示第2圖之三階T型變頻器的一第三橋臂功率開關故障電路示意圖；以及第9圖繪示第8圖之三階T型變頻器的線電壓圖。

以下將參照圖式說明本發明之實施方式。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，閱讀者應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示。

請參閱第1圖及第2圖，其中第1圖繪示依照本發明一實施方式之一種三階T型變頻器之容錯控制系統100的架構示意圖，第2圖繪示第1圖之三階T型變頻器200的電路示意圖。三階T型變頻器之容錯控制系統100包含一三階T型變頻器200及一處理單元300。

三階T型變頻器200包含一直流電壓V _dc、一第一相電路(未標示)、一第二相電路(未標示)、一第三相電路(未標示)及一備用電路(未標示)。直流電壓V _dc包含一正端點P及一負端點N；第一相電路包含二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-，其為閘極絕緣雙極性接面電晶體，第一橋臂功率開關Sa1 ⁺的一集極與正端點P電性連接，第一橋臂功率開關Sa1 ⁺的一射極與第一橋臂功率開關Sa2 ^-的一集極以一第一端點P1電性連接，第一橋臂功率開關Sa2 ^-的一射極與負端點N電性連接；第二相電路包含二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-，其為閘極絕緣雙極性接面電晶體，第二橋臂功率開關Sb1 ⁺的一集極與正端點P電性連接，第二橋臂功率開關Sb1 ⁺的一射極與第二橋臂功率開關Sb2 ^-的一集極以一第二端點P2電性連接，第二橋臂功率開關Sb2 ^-的一射極與負端點N電性連接；第三相電路包含二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-，其為閘極絕緣雙極性接面電晶體，第三橋臂功率開關Sc1 ⁺的一集極與正端點P電性連接，第三橋臂功率開關Sc1 ⁺的一射極與第三橋臂功率開關Sc2 ^-的一集極以一第三端點P3電性連接，第三橋臂功率開關Sc2 ^-的一射極與負端點N電性連接。備用電路包含二備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-、一第一雙向開關T _a、一第二雙向開關T _b及一第三雙向開關T _c，備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-為閘極絕緣雙極性接面電晶體，備用功率開關Sx ⁺的一集極與正端點P電性連接，備用功率開關Sx ⁺的一射極與備用功率開關Sx ^-的一集極以一第四端點P4電性連接，備用功率開關Sx ^-的一射極與負端點N電性連接；第一雙向開關T _a為三極交流半導體開關元件，第一雙向開關T _a一端與第四端點P4電性連接且另一端與第一端點P1電性連接；第二雙向開關T _b為三極交流半導體開關元件，第二雙向開關T _b一端與第四端點P4電性連接且另一端與第二端點P2電性連接；第三雙向開關T _c為三極交流半導體開關元件，第三雙向開關T _c一端與第四端點P4電性連接且另一端與第三端點P3電性連接。處理單元300電性連接三階T型變頻器200且包含一容錯控制器320。容錯控制器320選擇性啟閉二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-、二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-及二備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-。另外，雖然第2圖中的第四端點P4看來有三點，但其在電性上是屬於同一電位點。

藉此，透過二備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-、第一雙向開關T _a、第二雙向開關T _b、第三雙向開關T _c及容錯控制器320的配置，可以在二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-及二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-中任一者故障時進行容錯控制，使三階T型變頻器200仍可維持三相平衡輸出，避免危險發生。

上述的第一相即a相，第二相即b相，第三相即c相，而三階T型變頻器200更可包含二電容C ₁、C ₂，電容C ₁的一上端與正端點P電性連接，電容C ₁的一下端以一中性點o與另一電容C ₂的一上端電性連接，電容C ₂的一下端與負端點N電性連接。且第一相電路更包含二第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺、Sa1 ^-，第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺的一集極與中性點o電性連接，第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺的一射極與第一箝位功率電晶體Sa1 ^-的一射極電性連接，第一箝位功率電晶體Sa1 ^-的一集極與第一端點P1電性連接；第二相電路更包含二第二箝位功率電晶體Sb2 ⁺、Sb1 ^-，第二箝位功率電晶體Sb2 ⁺的一集極與中性點o電性連接，第二箝位功率電晶體Sb2 ⁺的一射極與第二箝位功率電晶體Sb1 ^-的一射極電性連接，第二箝位功率電晶體Sb1 ^-的一集極與第二端點P2電性連接；第三相電路更包含二第三箝位功率電晶體Sc2 ⁺、Sc1 ^-，第三箝位功率電晶體Sc2 ⁺的一集極與中性點o電性連接，第三箝位功率電晶體Sc2 ⁺的一射極與第三箝位功率電晶體Sc1 ^-的一射極電性連接，第三箝位功率電晶體Sc1 ^-的一集極與第三端點P3電性連接。也就是說，二第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺、Sa1 ^-彼此共射串聯，二第二箝位功率電晶體Sb2 ⁺、Sb1 ^-彼此共射串聯，二第三箝位功率電晶體Sc2 ⁺、Sc1 ^-彼此共射串聯。

三階T型變頻器200利用二第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺、Sa1 ^-、二第二箝位功率電晶體Sb2 ⁺、Sb1 ^-及二第三箝位功率電晶體Sc2 ⁺、Sc1 ^-達到中性點o的電壓箝位功能，而使輸出電壓具有三種變化。

在控制上，容錯控制器320提供調變信號以控制二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-、二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-及二備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-的啟閉，本實施例中使用正弦脈波寬度調變(Sinusoidal pulse width modulation，SPWM)策略，正弦脈波寬度調變利用正弦波參考電壓與三角載波信號相互比較後，產生調變信號。三角載波信號分為v _{tri_1}與v _{tri_2}，其中v _{tri_1}為正電壓側的三角載波信號，其中v _{tri_2}為負電壓側的三角載波信號；正弦波參考電壓則分為用於第一相電路的第一正弦波參考電壓v _{sin_a}，用於第二相電路的第二正弦波參考電壓v _{sin_b}及用於第三相電路的第三正弦波參考電壓v _{sin_c}，而v _{sin_a}=m_asin(θ)，v _{sin_b}=m_asin(θ-120°)及v _{sin_c}=m_asin(θ-240°)，其中θ代表相角，其介於0至360°之間，m_a為調變指標(Modulation index)，且m_a=V_sin/V_tri，V_tri表示三角波振幅，V_sin則為正弦波之振幅。

因此，當第一正弦波參考電壓v _{sin_a}大於三角載波信號v _{tri_1}(v _{sin_a}>v _{tri_1})時，觸發導通第一橋臂功率開關Sa1 ⁺及第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺，截止第一橋臂功率開關Sa2 ^-及第一箝位功率電晶體Sa1 ^-，第一端點P1(即第一相輸出)的相電壓v _ao=+1/2 V _dc；若第一正弦波參考電壓v _{sin_a}介於三角載波信號v _{tri_1}及v _{tri_2}之間(v _{tri_1}>v _{sin_a}>v _{tri_2})，觸發導通第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺、Sa1 ^-，截止第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-，第一端點P1的電壓v _ao為0；若第一正弦波參考電壓v _{sin_a}小於三角載波信號v _{tri_2}(v _{sin_a}<v _{tri_2})，觸發導通第一箝位功率電晶體Sa1 ^-及第一橋臂功率開關Sa2 ^-，截止第一橋臂功率開關Sa1 ⁺及第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺，則第一端點P1的相電壓 v _ao=-1/2 V _dc。第二端點P2(即第二相輸出)的相電壓及第三端點P3(即第三相輸出)的相電壓的原理與第一端點P1的相電壓v _ao類似，不再贅述。此外，第一端點P1與第二端點P2之間具有線電壓v _ab，第二端點P2與第三端點P3之間具有線電壓v _bc，第一端點P1與第三端點P3之間具有線電壓v _ca。

請參閱第3圖，第3圖繪示依照本發明另一實施方式之一種三階T型變頻器之容錯控制方法400的步驟流程圖。為了避免危險發生，三階T型變頻器之容錯控制方法400可以在二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-及第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-中任一者故障時進行容錯控制。其中二備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-組成備用臂，當二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-及第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-中任一者故障時，用來取代故障相以維持電路正常作動，而第一雙向開關T _a、第二雙向開關T _b、第三雙向開關T _c則為連結開關，做為備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-與二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-或二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-的替換橋樑，功用乃當故障發生時，將備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-與第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-及第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-中之故障者連接，使備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-得以取代第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-及第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-中之故障者以達到容錯之目的。此外，其亦具有快速切換之特性以及較低之價格優點。

因此，三階T型變頻器之容錯控制方法400包含步驟420，步驟420提供一調整作業，選擇截止二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-或二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-，操作二備用功率開關Sx ⁺、Sx且選擇觸發導通第一雙向開關T _a、第二雙向開關T _b或第三雙向開關T _c。其中，當任一第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-為故障時，截止二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-及觸發導通第一雙向開關T _a；當任一第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-為故障時，截止二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-及觸發導通第二雙向開關T _b；當任一第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-為故障時，截止二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-及觸發導通第三雙向開關T _c。

請參閱第4圖及第5圖，第4圖繪示第2圖之三階T型變頻器200的一第一橋臂功率開關Sa1 ⁺故障電路示意圖，第5圖繪示第4圖之三階T型變頻器200的線電壓圖。

如第4圖所示，當第一橋臂功率開關Sa1 ⁺發生開路故障時，需將第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-截止，而二第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺、Sa1 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-、二第二箝位功率電晶體Sb2 ⁺、Sb1 ^-、二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-及二第三箝位功率電晶體Sc2 ⁺、Sc1 ^-仍做正常開關切換，並將第一雙向開關T _a觸發導通以使二備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-取代第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-，以維持輸出電壓三相平衡。

如第5圖所示，當三階T型變頻器200正常時，線電壓v _ab、v _bc、v _ca正常輸出，而第一橋臂功率開關Sa1 ⁺發生開路故障時出現異常，在進行容錯控制後可以回復三相平衡的狀態。

請參閱第6圖及第7圖，第6圖繪示第2圖之三階T型變頻器200的一第二橋臂功率開關Sb2 ^-故障電路示意圖，第7圖繪示第6圖之三階T型變頻器200的線電壓圖。

如第6圖所示，當第二橋臂功率開關Sb2 ^-發生開路故障時，需將二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-截止，而二第二箝位功率電晶體Sb2 ⁺、Sb1 ^-、二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺、Sa1 ^-、二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-及二第三箝位功率電晶體Sc2 ⁺、Sc1 ^-仍做正常開關切換，並將第二雙向開關T _b觸發導通以使二備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-取代第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-，以維持輸出電壓三相平衡。

如第7圖所示，當三階T型變頻器200正常時，線電壓v _ab、v _bc、v _ca正常輸出，而第二橋臂功率開關Sb2 ^-發生開路故障時出現異常，在進行容錯控制後可以回復三相平衡的狀態。

請參閱第8圖及第9圖，第8圖繪示第2圖之三階T型變頻器200的一第三橋臂功率開關Sc1 ⁺故障電路示意圖，第9圖繪示第8圖之三階T型變頻器200的線電壓圖。

如第8圖所示，當第三橋臂功率開關Sc1 ⁺發生開路故障時，需將二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-截止，而二第三箝位功率電晶體Sc2 ⁺、Sc1 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-、二第二箝位功率電晶體Sb2 ⁺、Sb1 ^-、二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-及二第一箝位功率電晶體Sa2 ⁺、Sa1 ^-仍做正常開關切換，並將第三雙向開關T _c觸發導通以使二備用功率開關Sx ⁺、Sx ^-取代第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-，以維持輸出電壓三相平衡。

如第9圖所示，當三階T型變頻器200正常時，線電壓v _ab、v _bc、v _ca正常輸出，而第三橋臂功率開關Sc1 ⁺發生開路故障時出現異常，在進行容錯控制後可以回復三相平衡的狀態。

請復參閱第1圖，在本實施例中，處理單元300可更包含一快速傅立葉轉換器340及一故障診斷器330，快速傅立葉轉換器340將第一相輸出線電流i _a、第二相輸出線電流i _b及第三相輸出線電流i _c進行分析，而故障診斷器330訊號連接快速傅立葉轉換器340與容錯控制器320，故可以透過快速傅立葉轉換器340的分析資料找出三階T型變頻器200的故障位置。

是以三階T型變頻器之容錯控制方法400更可包含一步驟410，自二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-或二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-中判斷一故障者。而在步驟410的診斷作業中，是將第一相電路的第一相輸出線電流i _a、第二相電路的第二相輸出線電流i _b及第三相電路的第三相輸出線電流i _c經由快速傅立葉轉換後，擷取(m _f-1)及(m _f+1)處之特徵頻譜進行故障分析，其中m _f是頻率調變指數(Frequency modulation index)，如式(1)所示：

f _tri為三角載波信號之頻率；而f _sin為正弦波參考電壓之頻率，即三階T型變頻器200之工作頻率。

快速傅立葉轉換器340已內建快速傅立葉轉換方法，故障診斷器330中已建立基於類小腦神經網路演算法的故障診斷方法，其是將第一相輸出線電流i _a、第二相電路的第二相輸出線電流i _b及第三相電路的第三相輸出線電流i _c特徵頻譜(m _f-1)及(m _f+1)處之電壓及兩者之差值作為類小腦神經網路之輸入訊號，建立其中之關聯性以作為類小腦神經網路之訓練依據，藉以辨識出發生故障位置，且依二第一橋臂功率開關Sa1 ⁺、Sa2 ^-、二第二橋臂功率開關Sb1 ⁺、Sb2 ^-及二第三橋臂功率開關Sc1 ⁺、Sc2 ^-等區分為六種故障類別，就三階T型變頻器200之工作頻率在20~90Hz範圍中擷取六種不同開關故障下之648筆資料，並分為432筆訓練資料(Training Data)及216筆測試資料(Test Data)，將資料經由建立之類小腦神經網路訓練模型的計算後，可得其屬於不同開關故障類別的權重值。

在經由類小腦神經網路之訓練後，即可進行故障類別診斷，其診斷步驟為：(1)讀取訓練完成之類小腦神經網路的權重值；(2)讀取測試資料樣本；(3)將資料進行量化、編碼組合、分群及激發位址之編碼；(4)將激發位址內之權重值加總後產生輸出；(5)判斷輸出之權重值，其權重值愈接近1者，代表發生此故障類別之機率愈高；以及(6)輸出故障診斷之結果。

透過上述的快速傅立葉轉換及基於類小腦神經網路演算法的故障診斷方法可準確找出三階T型變頻器200的故障位置，但故障診斷的方法亦可以是其他診斷方式，不以上述揭露為限。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

400‧‧‧三階T型變頻器之容錯控制方法

410、420‧‧‧步驟

Claims

一種三階T型變頻器之容錯控制系統，包含：一三階T型變頻器，包含：一直流電壓，包含一正端點及一負端點；第一相電路，包含：二第一橋臂功率開關，其為閘極絕緣雙極性接面電晶體(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)，其中一該第一橋臂功率開關的一集極(collector)與該正端點電性連接，該其中一第一橋臂功率開關的一射極(emitter)與另一該第一橋臂功率開關的一集極以一第一端點電性連接，該另一第一橋臂功率開關的一射極與該負端點電性連接；第二相電路，包含：二第二橋臂功率開關，其為閘極絕緣雙極性接面電晶體，其中一該第二橋臂功率開關的一集極與該正端點電性連接，該其中一第二橋臂功率開關的一射極與另一該第二橋臂功率開關的一集極以一第二端點電性連接，該另一第二橋臂功率開關的一射極與該負端點電性連接；第三相電路，包含：二第三橋臂功率開關，其為閘極絕緣雙極性接面電晶體，其中一該第三橋臂功率開關的一集極與該正端點電性連接，該其中一第三橋臂功率開關的一射極與另一該第三橋臂功率開關的一集極以一第三端點電性連接，該另一第三橋臂功率開關的一射極與該負端點電性連接；及一備用電路，包含：二備用功率開關，其為閘極絕緣雙極性接面電晶體，其中一該備用功率開關的一集極與該正端點電性連接，該其中一備用功率開關的一射極與另一該備用功率開關的一集極以一第四端點電性連接，該另一備用功率開關的一射極與該負端點電性連接；一第一雙向開關，其為三極交流半導體開關元件(Triode AC，TRIAC)，該第一雙向開關一端與該第四端點電性連接且另一端與該第一端點電性連接；一第二雙向開關，其為三極交流半導體開關元件，該第二雙向開關一端與該第四端點電性連接且另一端與該第二端點電性連接；及一第三雙向開關，其為三極交流半導體開關元件，該第三雙向開關一端與該第四端點電性連接且另一端與該第三端點電性連接；以及一處理單元，電性連接該三階T型變頻器，該處理單元包含：一容錯控制器，選擇性啟閉二該第一橋臂功率開關、二該第二橋臂功率開關、二該第三橋臂功率開關及二該備用功率開關。
一種三階T型變頻器之容錯控制方法，應用於如申請專利範圍第1項所述之三階T型變頻器之容錯控制系統，該三階T型變頻器之容錯控制方法包含：提供一調整作業，選擇截止二該第一橋臂功率開關、二該第二橋臂功率開關或二該第三橋臂功率開關，操作二該容錯開關且選擇觸發導通該第一雙向開關、該第二雙向開關或該第三雙向開關，其中，當任一該第一橋臂功率開關為故障時，截止二該第一橋臂功率開關及觸發導通該第一雙向開關；當任一該第二橋臂功率開關為故障時，截止二該第二橋臂功率開關及觸發導通該第二雙向開關；及當任一該第三橋臂功率開關為故障時，截止二該第三橋臂功率開關及觸發導通該第三雙向開關。
如申請專利範圍第2項所述之三階T型變頻器之容錯控制方法，更包含提供一診斷作業，自二該第一橋臂功率開關、二該第二橋臂功率開關及二該第三橋臂功率開關中判斷一故障者。
如申請專利範圍第3項所述之三階T型變頻器之容錯控制方法，其中於該診斷作業中，將該第一相電路的一第一相輸出線電流、該第二相電路的一第二相輸出線電流及該第三相電路的一第三相輸出線電流經由快速傅立葉轉換後，擷取(m _f-1)及(m _f+1)處之特徵頻譜進行基於類小腦神經網路的故障分析，其中m _f是頻率調變指數(Frequency modulation index)。