变频器IGBT 开路故障诊断方法

曲亚男 大连市工贸职业技术学校 116000

【文章摘要】

通过对平均电流矢量法、三相平均法和傅里叶变换归一化方法的研究，对变频器逆变桥故障做出了相应的诊断，诊断结果表明，在平稳状态下，三相平均电流是可以准确无误运行的，如果一旦开路发生故障，在突加负载或者突减负载的时候，对试验的结果特别容易造成误差，本文的目的就是要找出解决电机电流平均值对基波分量造成的误差和影响的方法，并证实其方法的有效性和可实施性。

【关键词】

变频器；故障诊断；IGBT 开路

0 引言

逆变器和电动机构成的调速传动系统被应用到实际生活中已经将近有二十多年的使用期了。“变频器”是组成调速系统的核心系统，但是却极易受到环境的影响，不利的环境影响会对变频器造成损害。在工业系统使用过程中，是不允许途中中断的，一旦私自进行中断，将会对企业造成巨大的经济损失，尤其是一些特殊的部门，比如自动化和宇宙空间系统、化学工厂等，这些特殊部门是更加的不允许发生意外故障的。随着对系统各方面要求的提高，就更加的不允许系统在运行过程中出现一点的差错，所以在近几年以来，对系统中容错能力控制系统的关注和研究力度日益加强。

1 维修诊断方式介绍

某些特殊行业对高故障容限控制系统的要求更加的严格，他们需要控制系统在发生故障或者突发情况的时候，系统本身能在第一时间进行自身的分析和修复，避免系统停机所带来的巨大损失。准确故障诊断、准确定位故障是实现高故障容限控制系统的前提和条件，只有具备这些先决条件，才有机会进入下一阶段，也就是对变频器的故障诊断。构成变频器电机系统的许多零件中，每一件都存在着发生故障的可能性，变频器和电机相比，变频器发生故障的可能性还要比电机高出很多。在变频器中占比重最大的一个部分就是开路和短路两个部分。对于解决短路部分的故障，目前已经有了切实可行的方案。对于开路部分的研究还在继续，研究中发现，引起开路部分发生故障的原因主要有两点，第一点就是过流烧毁引起的开路问题，第二点就是由于接线不良、驱动断线原因等引起的问题。这些问题都是隐性问题，不容易被发现，但是这些问题带来的危害却是不容忽视的。所以在平时的工作中，一定要认真的检查任何一个零件，确保每一部分的安全性，避免因工作的失误造成巨大的损失。

2 具体维修诊断方式分类

经过国内外专家学者的研究，应对开路故障的方法主要有三种，分别是电流检测发、专家系统法和电压检测法。下面对其中的两种方法进行简单的分析。

2.1 专家系统法

专家系统法的研究主要是基于对经验的积累，在日常的工作中，注意对故障的积累，并记录在册，这样做的目的在于，以后发生故障的时候可以直接翻阅档案， 找出发生故障的根源，便于解决问题。但是专家系统法的不足之处就在于，故障的发生并不是固定不变的，我们不可能预测所有的故障，并记录在案，所以专家系统法并不是一个很好的方案。

2.2 电压检测法

电压检测法，就是通过比较电机相电压、电机线电压或者电机中性点电压与正常状态时的不同之处来进行故障诊断。电压检测法的优点之处在于能够很大程度上节约诊断时间，在最短的时间内排除故障。所以电压检测法是最为常用的一个检测方法。

2.3 三相电流平均值法

三相电流平均值法运用的依据在于三相电流的平均值是否为零，当平均值不为零的时候，就可以确定功率管发生了故障，还可以通过系统噪声的存在来判断阈值，当某一项值大于阈值时，则可以认定故障的发生，当认定故障发生的同时，就可以进行平均值正负故障的确认了。此种方法也并不是没有任何瑕疵的，在遇到突然加重负载或者突然减轻负载的时候，或者由于电流的变化也会造成错误的诊断，出现误差。

2.4 基于离散傅里叶变换的归一化方法

在通常的情况下，阈值是平均电流矢量法、三相电流平均值法的一个共同性的问题，阈值还与负载有着密不可分的关系，阈值的设定是以负载为基础的，阈值将设置的偏小一些，有利于空载和满载真个区间的故障排查和诊断，但是这么做也会带来一系列的问题，尤其是在突然加重负载或者突然减轻负载的时候极易引起故障错误的诊断。为了应对此种方法带来的负面作用，本文提出了基于离散傅里叶分析的归一方法，离散傅里叶分析归一方法是通过对电流周期中定子电流的直流分量和基波幅值的计算，计算之后在利用基波幅值将直流分量归一化。

3 结论

本文建立了硬件仿真系统，专门用来诊断变频器逆变桥开路的故障，遇见问题可以及时的进行解决，避免造成巨大的损失。此仿真系统还对平均电流矢量法、三相平均电流法以及傅里叶变换归一方法这三种方法做了对比试验，试验得出了以下三种结论：

（1）在稳态的情况下，可以运用平均电流矢量法和三相平均电流法去准确的检测开路故障，从中找出具体的故障发生处，但是此种方法只适合在稳态的状态下使用，一旦突发增减负载的时候，此种方法是很容易出现误诊断的。

（2）对于如何解决传统方法在突加和突减负载时出现的误诊问题，研究人员又提出了离散傅里叶变换方法，离散傅里叶变换方法就是利用基波幅值的大小，将直流分量归一化，然后再根据直流分量的大小定位出开路故障的发生点。此种方法既避免了突加或者突减负载时所带来的误诊断问题，又很好的解决了开路的故障。

（3）本文的目的就是为开路故障寻求最佳的解决办法，变频器的使用不但有效的解决了开路故障，还成为了容错控制的基础，在以后的研究工作中，可以加深对容错控制的研究，发掘容错控制最大的利用空间。

【参考文献】

[1] 张兰红，胡育文，黄文新．三相变频驱动系统中逆变器的故障诊断与容错技术[J]．电工技术学报，2010， 19(12) ：1-9．

[2] 赵争鸣，闵勇．电机- 控制集成系统的高故障容限研究[J]．中国电机工程学报，2012，19(3) ：21-25017

实验研究

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