[发明专利]一种非接触式功率器件开路故障高速检测系统及方法

说明书

本发明提供了一种非接触式功率器件开路故障高速检测系统，用于检测功率器件的开路故障，包括：非接触式高频电流传感器，设置在由功率器件组成的变流器与负载之间，用于采集高频电流运行信号；调理电路，与非接触式高频电流传感器连接，用于从高频电流运行信号中提取出高频开关振荡电流信号；开关检测模块，与调理电路连接，用于对高频开关振荡电流信号进行边沿检测和幅值检测；以及开路故障判断模块，与开关检测模块连接，用于根据开关检测模块的检测结果来判断功率器件是否发生开路故障。本发明还提供了一种基于非接触式功率器件开路故障高速检测系统的检测方法来对功率器件的开路故障进行检测。

技术领域

本发明属于功率器件故障检测技术领域，具体涉及一种非接触式功率器件开路故障高速检测系统及方法。

背景技术

由于功率器件具有开关频率较高、驱动电路简单、开关损耗和驱动损耗较小等显著优点，功率器件广泛应用于轨道交通、新能源汽车、工业控制、发电和配电等领域。

近年来，功率器件的可靠性问题引起了工业界的广泛关注。调查显示，功率半导体器件故障占电力电子系统故障比例34％。功率器件的失效形式可分为短路故障和开路故障。功率器件短路故障可通过检测短路电流快速切除和隔离。而功率器件开路故障具有潜伏性，检测困难，易引发二次事故，造成严重的系统事故，危及人身安全。因此，及时有效地检测出IGBT开路故障具有重要的实际价值意义。

专利号(CN201010540367.4)公开了一种变频器三相逆变桥IGBT开路故障诊断方法。该方法通过采集电机定子中的三相电流，并利用离散性傅里叶变换，以基波分量对直流分量进行归一化来检测IGBT状态。该方法虽能避免系统噪声和负载突变等因素的影响，但检测速度较慢。

专利号(CN201910758077.8)公开了一种柔性直流输电系统送端换流器IGBT开路故障诊断方法。该方法通过采集送端换流器输入端三相电压，三相电流和送端换流器直流侧直流电压等信号，计算三相电压残差特征值来检测IGBT开路故障。该方法虽能够快速检测故障，但是采用的电压传感器与变流器需要进行物理接触，而且需要采集数据众多，需要大量传感器，提高了该方法的成本。

专利号(CN201510556566.7)公开了一种基于模型的CRH3型动车组牵引逆变器IGBT开路故障诊断方法。该方法建立牵引逆变器模型，并推导出系统模型的行为约束方程，利用最小二乘法来辨识IGBT状态。该方法虽能实现多故障识别，但其计算复杂且模型参数难以估计会降低检测可靠性。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种非接触式功率器件开路故障高速检测系统。

本发明提供了一种非接触式功率器件开路故障高速检测系统，用于检测功率器件的开路故障，具有这样的特征，包括：非接触式高频电流传感器，设置在由功率器件组成的变流器与负载之间，用于采集高频电流运行信号；调理电路，与非接触式高频电流传感器连接，用于从高频电流运行信号中滤除负载运行时的基波电流和开关纹波电流，提取出高频开关振荡电流信号；开关检测模块，与调理电路连接，用于对高频开关振荡电流信号进行边沿检测和幅值检测；以及开路故障判断模块，与开关检测模块连接，用于根据开关检测模块的检测结果来判断功率器件是否发生开路故障，其中，非接触式高频电流传感器具有带宽大于1MHz的宽频带范围，非接触式高频电流传感器的下限频率大于功率器件的开关频率来避免基波频率和开关频率的干扰。

本发明还提供了一种基于非接触式功率器件开路故障高速检测系统的检测方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，通过非接触式高频电流传感器采集变流器与负载间的高频电流运行信号i_x，并预设脉冲阈值A_ref，边沿检测周期T_d；

步骤2，将高频电流运行信号i_x经过调理电路处理，得到高频开关振荡电流信号I_x；