[发明专利]一种基于电流量的逆变器功率管开路故障在线诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电流量的逆变器功率管开路故障在线诊断方法，属于电机控制领域。

背景技术

电压源逆变器供电的永磁同步电机驱动系统以其优越的性能和较高的效率在工业、电动汽车、军事、航天航空等领域得到了广泛应用。然而，由于电力电子器件及其驱动电路的脆弱性，使得逆变器成为系统中易发生故障的薄弱环节。逆变器发生故障后工作在非正常状态，将导致电机输出转矩降低和波动，影响系统性能，并增加其他器件的电压和电流应力，重则会使系统陷入崩溃，因此需要进行及时诊断。功率开关管的短路和开路是逆变器常见的故障，错误的驱动信号、辅助电源失效、器件过压击穿、雪崩击穿、热击穿等都会造成功率管的短路故障；造成功率管开路的原因主要有器件破裂、绑定线断裂或焊接脱落、驱动信号丢失或电路失效等。短路故障因存在时间极短（通常在10μs以内）而难以被诊断，因此短路故障的诊断和保护多采用基于硬件电路的设计，目前过压、过流、短路、过热和驱动电路欠压等检测和保护电路已被应用到逆变器中，这些常规保护电路在智能功率模块（IPM）中已成为一个标准，在一定程度上保障了逆变器的安全运行。然而，对于功率管的开路故障，却需要采取一定的技术手段提取系统的故障信息来实现诊断和定位。

逆变器应用的广泛性和脆弱性使得其故障诊断具有重要的意义，研究者提出了许多逆变器开路故障的诊断方法。

中国专利《基于输出功率的三相逆变器IGBT开路故障的诊断方法》，公开号为CN130278727A，公开日为2013年9月4日，公开了一种利用一个周期内六个半波功率和设定阈值比较来诊断逆变器IGBT开路故障的方法，该方法能够检测并定位出任意一个或任意两个同时开路的IGBT功率管。

中国专利《逆变器运行状态显示与故障在线诊断电路》，公开号为CN101201391，公开日为2008年6月18日，公开了一种利用光电检测器件构成的三相桥式整流电路来实现逆变器运行状态的显示和在线诊断，优点是电路简单。

中国专利《二极管中点钳位三电平逆变器的器件开路故障诊断电路》，公开号为CN102937688A，公开日为2013年2月20日，利用三个结构相同的开路故障诊断单元电路来检测三电平逆变器中的器件开路故障，具有诊断速度快的优点。

中国专利申请《逆变器功率管开路故障的在线检测装置及检测方法》，申请号为201010135717.9，公开日为2010年9月22日，公开了一种采用光电耦合器间接检测功率管电压，结合逻辑电路和开关信号上升沿延时电路来实现功率管开路故障诊断的方法，诊断电路简单，诊断速度快。

中国专利《一种无刷直流电机逆变器常见断路故障诊断方法》，公开号为CN102998588A，公开日为2013年3月27日，通过检测本阶段电流，确定本阶段导通状态矩阵；然后根据本阶段电流检测信号，输出故障位信号；再求本阶段之前一个周期内导通矩阵的和矩阵Q，通过判断和矩阵Q中0元素的个数和位置来诊断故障管的个数和位置。该方法适用于无刷直流电机驱动系统中逆变器开路故障的诊断。

在针对逆变器功率管开路故障诊断的专利和文献中，诊断方法大致可以分为两类：一类是基于系统电流量的诊断技术，这类方法利用系统原有的电流反馈量，不需要额外传感器，缺点是依赖于负载，易受系统闭环控制算法的影响，且对瞬态过程较为敏感，鲁棒性差；另外一类方法是基于系统电压量的诊断技术，这类方法独立于负载，鲁棒性好，诊断速度快，但需要额外的电压传感器，增加了系统的硬件成本和复杂度。

发明内容

本发明目的是为了解决基于电流量的逆变器功率管开路故障诊断技术的鲁棒性差的问题，提供了一种基于电流量的逆变器功率管开路故障在线诊断方法。

本发明所述基于电流量的逆变器功率管开路故障在线诊断方法，该方法涉及的永磁同步电机驱动系统包括整流器、直流滤波电容、逆变器、电流传感器、永磁同步电机、位置传感器、控制器和隔离与驱动电路；

逆变器由功率管T₁,T₂,...,T₆构成，A相桥臂由T₁和T₂构成，B相桥臂由T₃和T₄构成，C相桥臂由T₅和T₆构成，T₁,T₃和T₅为上桥臂，T₂,T₄和T₆为下桥臂；