開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器故障在線診斷

文/趙蕊

1 研究背景

開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)本身相互獨(dú)立，且在使用的過程中有較高的可靠性。這樣的系統(tǒng)經(jīng)常被運(yùn)用于被要求要連續(xù)工作且環(huán)境比較惡劣的領(lǐng)域。且主要也被運(yùn)用于系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)熱最嚴(yán)重且故障最高的環(huán)節(jié)。一般與功率管相關(guān)的故障也非常常見，因此會破壞整個(gè)系統(tǒng)的平衡，從而使得系統(tǒng)徹底喪失工作的能力。因此，在操作的過程中，如果能夠?qū)β首儞Q器進(jìn)行準(zhǔn)確快速的檢測，則往往能夠提高系統(tǒng)的可靠性。

2 開關(guān)磁阻電機(jī)概述

開關(guān)磁阻電機(jī)的全稱為開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，是隨著時(shí)代的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的調(diào)速系統(tǒng)?，F(xiàn)代微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)和紅外光電技術(shù)共同合并在一起，在建設(shè)的過程中發(fā)揮著更大的作用。這樣一種集合了光、機(jī)和電于一體的新技術(shù)同時(shí)具備了直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。目前，開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)變得越來越快，并蔓延到了我國的電器、航空、航天和電子等其他各個(gè)領(lǐng)域。

3 不對稱半橋功率變換器的故障檢測與診斷

3.1 新的電流傳感器檢測位置

在正常狀態(tài)下Idr 和Ifb 對應(yīng)的各類電流之間的對應(yīng)關(guān)系。Pa 表示的是與A 相相關(guān)的PWM 驅(qū)動信號，且需要在仿真的過程中選擇較小的PWM 頻率，從而才能夠更好地觀察各種電流的不同狀態(tài)。

在區(qū)間I 內(nèi)，S2和S6均保持開通的狀態(tài)，所以在實(shí)際操作的過程中，并沒有有效的電流流過LEM2。如果此時(shí)將Pa 的值設(shè)定為1，S1和S5的關(guān)節(jié)會保持開通的狀態(tài)，A類電流和C 類電流會始終保持上升的狀態(tài)。Idr=ia+ic>0。如果Pa 的值設(shè)定為0，S1和S5會呈現(xiàn)開通的狀態(tài)，A 相電流也會因此上升。Idr=ia-ic。如果將Pa 的值設(shè)定為0，S1保持關(guān)斷的狀態(tài)，S2呈現(xiàn)開通的狀態(tài)，則A 相會流經(jīng)S2和D1的位置，Idr=-Ic<0。在區(qū)間3 內(nèi)，S2會一直保持開通的狀態(tài)，所以Ifb=0。如果此時(shí)Pa 的值保持為1，則Idr=+ia>0。如果Pa的值為0，則Idr 也會為0.之后，B 相和C 相也會依次重復(fù)上述的過程。只有這樣才能夠獲得與工作相關(guān)的斬波電流和續(xù)流電流，并不需要很復(fù)雜的計(jì)算環(huán)境就可以很好地完成整個(gè)過程。如果有特殊需要，也可以通過運(yùn)用其他類型的斬波控制模式，才能夠有好的效果。

3.2 功率管短路故障分析

在A 相區(qū)間的內(nèi)部，S1 管路也就會呈現(xiàn)正常斬波狀態(tài)，Idr 和Ifb 則會整體表現(xiàn)的相對比較正常。在進(jìn)入B 相區(qū)內(nèi)部之后，如果A相和B 相一直處于相同工作頻率中，則S4則會保持開通的狀態(tài)，Idr 和Ifb則會仍然保持正常的運(yùn)行狀態(tài)。

在B 相區(qū)間的內(nèi)部，B 相仍然會保持正常工作的狀態(tài)，A 相則沒有辦法沿著圖1內(nèi)部的路徑來有效地回饋電流，只是通過S2 和D1 來有效地進(jìn)行續(xù)流。所以，Ifb 內(nèi)部的+ia值將會變成0。如果將Pb設(shè)定為B 相內(nèi)部的PWM 驅(qū)動信號，則應(yīng)該在Pb=1 時(shí)有效地開通S3。

如果Pb 為0，則應(yīng)該將S3關(guān)斷，那么Idr 也就會從負(fù)數(shù)變?yōu)?。在之后一直到A 相下一個(gè)開通的位置的過程中，A 相將會持續(xù)在S2和D1之間的回饋續(xù)流中。正是由于電流沒有流過LEM1 和LEM2 的位置，則Idr 和Ifb也就不會表現(xiàn)出故障。

圖1：單管短路故障下驅(qū)動信號與各電流的仿真波形

如果PWM 斬波管在S1 的位置出現(xiàn)了短路的故障，則在之后沒有辦法更好地對A 相進(jìn)行斬波控制。圖1有效地顯示了驅(qū)動信號和各個(gè)電流之間的對應(yīng)關(guān)系。正是因?yàn)镾1的內(nèi)部存在著數(shù)量較多的故障通路，所以A 相則一直都存在于B 相區(qū)間之內(nèi)。在這中間，母線的電流沒有從中間流過，Idr>0，將會之后表現(xiàn)出更加明顯的故障特征。在B 相區(qū)間之內(nèi)，A 相將在S1和D2內(nèi)部持續(xù)地進(jìn)行續(xù)流。如果Pb=1，則內(nèi)部的Idr=ib>0，且在內(nèi)部不會產(chǎn)生很大的變化。如果Pb=0，則Idr 會從負(fù)值變?yōu)?。在這之后又會直接到達(dá)A 相的下一個(gè)開通的位置。A 相本身將會持續(xù)在S1和D2內(nèi)部呈現(xiàn)較大的回饋電流，Idr 本身將會表現(xiàn)的非常正常。Ifb 在運(yùn)行的過程中將會一直保持較大的正值，并在之后表現(xiàn)出更明顯的故障特征。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文從開關(guān)磁阻功率變換器的概念入手，具體分析不對稱半橋功率變換器的主要類型，并介紹了不對稱半橋功率變換器的故障檢測與診斷的兩種情況。在實(shí)際進(jìn)行故障診斷和維修的過程中，大家還需要結(jié)合具體的案例進(jìn)行全面的分析，以便給大家更多的參考性意見。