[发明专利]基于高频注入的三相电压源驱动器桥臂开路故障检测方法

说明书

本发明公开了一种基于高频注入的三相电压源驱动器桥臂开路故障检测方法，基于逆变器输出的三相电流信号进行故障检测，有效简化了对故障信号的处理过程，提高了故障检测的速度，克服了电机在低速重载的情况下电流周期信号不完整导致故障检测困难的问题，该方法适用于三相电压源驱动器的单管开路故障诊断，具有成本低、不影响系统控制、检测速度快、鲁棒性强、实时性好等优点，能够快速定位到故障桥臂，为逆变器的快速检修或容错控制提供基础。

技术领域

本发明属于在线故障诊断领域，更具体地，涉及一种基于高频注入的三相电压源驱动器桥臂开路故障检测方法。

背景技术

功率器件是导致其三相电压源驱动系统中逆变器失效的主要故障来源，对功率管开路进行故障诊断有利于减少设备维护时间，也为进一步的容错控制提供了基础。功率管的开路故障会导致系统性能的下降，容易因机械结构的震荡、电机发热等劣化影响，造成系统的继发故障。

常见的功率管开路故障诊断方法可以分为基于电流信号的诊断方法和基于电压信号的诊断方法。基于电流信号的诊断方法不需要增加额外的传感器，可靠性高，但故障特征的提取依赖于电流信号的畸变，而电流信号受负载、转速变化等瞬态变化过程影响较大，对诊断方法的鲁棒性具有较高的要求。当负载为永磁同步电机且电机在低速重载的情况下发生开路故障时，电机很难继续转动来产生完整的电流周期波形，此时故障检测和定位存在很大的难度。由于电压信号的抗干扰能力强，基于电压信号的诊断方法的设计较为简单，但电压信号包含丰富的高频分量，对信号采样频率的要求很高，并且增加了系统实现的成本，实用性不高。上述缺点使开路故障诊断方法的应用场合受限，例如负载为永磁同步电机时，上述开路故障诊断方法在带故障启动、故障后堵转、接近空载等永磁同步电机相电流接近于零时的工况条件下无法适用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于高频注入的三相电压源驱动器桥臂开路故障检测方法，由此解决现有故障检测方法应用场合受限、难以适用不同工况的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于高频注入的三相电压源驱动器桥臂开路故障检测方法，包括：

S1，将高频电压信号注入逆变器的控制信号，并采集逆变器输出的三相电流；

S2，计算所述三相电流的高频分量i_xh，x＝a，b，c；并对所述高频分量进行信号解调，以得到其幅值I_xh；

S3，判断高频分量幅值I_xh是否均大于预设幅值阈值，若是，则所述驱动器桥臂未发生开路故障；若否，则高频分量幅值I_xh小于预设幅值阈值的x相桥臂发生开路故障，执行步骤S4；

S4，计算所述基波分量i_{x_fed}的控制误差I_{x_err}；若控制误差I_{x_err}大于第一预设控制误差阈值，则x相桥臂上管发生开路故障；若控制误差I_{x_err}小于第二预设控制误差阈值，则x相桥臂下管发生开路故障。

优选地，所述高频电压信号为：

其中，u_αph、u_βph为正半开关周期注入的高频电压信号，u_αnh、u_βnh为负半开关周期注入的高频电压信号，U_inj为注入正弦信号的幅值，ω_c为注入正弦信号的角频率，为注入正弦信号的初始相位。

优选地，所述预设幅值阈值的计算公式为：

其中，D_th为预设幅值阈值，L为定子绕组电感，0＜k＜1。

优选地，所述高频分量的计算公式为：