潘琳

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1 空载/轻载条件下传统开路故障诊断试验

图1为在空载条件下，电动机采用传统的开路故障诊断策略，该策略主要是以每组电流绝对值区平均值为基础的方法对电机系统出现的误判断试验，图中F为故障诊断信号，低电平表示正常运行状态信号，高电平表示诊断出的故障运行状态[1]。

图1为在轻载条件下，电机采用传统开路故障诊断策略和强鲁棒性开路故障诊断策略的试验比对。可以看出：采用传统开路故障诊断策略存在误判断问题，两次将正常运行状态诊断为故障运行状态。而采用强鲁棒性开路故障诊断策略后，很好地解决了误判断问题，结果显示采用开路故障诊断方法后，故障诊断的信号始终处于低电平状态，诊断出的结果显示为运行状态。

图1 采用传统开路故障诊断策略和强鲁棒性开路故障诊断策略试验比对

2 负载突变条件下故障诊断试验

针对电机工况条件下应用，采用提出的开路故障诊断策略，研究了负载突变时诊断精度，图2为负载突变条件下实际开路故障诊断结果，其整体负载先为突加，然后负载稳定后再突卸。图2示出了在突然负载和无负载情况下电机绕组A、组B、组C的整体电流波形，以及故障诊断信号F的实际波形，图中显示故障诊断信号F总是很低，不会被误诊断出故障[2]。

图2 开路故障诊断结果(负载突变条件)

3 单功率管、单相绕组故障诊断试验

针对电机驱动系统可能存在的功率管与绕组开路故障进行实验研究，来验证提出的开路故障诊断策略的性能。功率管和绕组在发生开路故障后能够被立即诊断出。在故障产生前，故障诊断信号F的变值始终处于低电平，当发生故障后，故障诊断信号F经过一个周期的诊断后能准确地诊断出故障，变为高电平，提示电机系统发生故障[3]。

4 驱动系统逆变器开路故障诊断

逆变器开路故障的几种诊断方法：

对于已有的逆变器开路故障的诊断方法中，以电流信号为检测变量的方法有：

4.1 平均电流Park矢量法

平均电流Park矢量法主要应用在MSM开环控制系统内部逆变器的短路与开路故障，但该方法的不足在于故障判据中阈值的选择不仅依赖于负载，瞬态时易出现误警报,在系统的实际操作中，由于频率的动态变化，很难获得三相电流的平均值。后来对此方法的改进为利用Park矢量角度的求导来避免暂态时的误诊断，增加了对瞬态的免疫性。

4.2 平均电流矢量法

该方法可以对电压型逆变器供电交流电机的多个开路故障进行实时诊断,该方法基于电机相电流平均值，将平均相电流绝对值作为主要诊断变量，不仅对误警报具有很强的免疫性而且可以检测多个故障。

4.3 负载电流分析法

该方法是归一化直流法的一种扩展,归一化直流法的诊断变量可以确定故障开关，但是暂态时会出现误诊断。该方法使用三相电流绝对平均值代替原来的基波幅值，使该诊断变量更易于实现，虽然也能识别故障开关的位置但是暂态时仍然产生误诊断。因此，此方法使用归一化的平均电流和其他诊断变量。由于开路故障产生后三相电流接近于零的部分增加了，因此，附加诊断变量传达出的信息是相电流趋近于零时的时间百分比，可以稳定的确定故障相且该诊断变量对暂态的免疫性较高。

5 结束语

相比于功率管开路故障，功率管短路故障已经存在许多。功率管故障可能会导致导致转矩降低，发热、绝缘损坏和许多其他问题。如果不及时处理开路故障，可能会发生进一步的事故。因此，对电机驱动系统开路故障诊断方法的研究具有重要意义。