电机驱动系统开路故障诊断技术
浅谈电动机常见故障的分析与检修
浅谈电动机常见故障的分析与检修摘要：交流电动机作为现代工业生产中不可或缺的设备之一，其出现故障会对生产效率和设备运行造成极大影响。
本文主要从电动机电气和机械两个方面，对交流电动机常见故障进行分析和处理，探讨如何有效进行检修和维护。
关键词：电动机；常见故障；检修引言交流电动机作为现代工业生产的基础设备之一，具有广泛的应用场景。
然而，由于电动机长时间的运转或者受到不良的运行环境影响，会导致电动机出现各种故障。
交流电动机的故障主要分为电气故障和机械故障两种类型。
在电气方面，常见的故障包括绕组短路、接线错误、绕组过热和绕组绝缘损坏等[1]。
这些故障可能会导致电动机无法正常启动或者运行，或者导致电动机产生异常噪音、振动和过热等问题，从而严重影响生产效率和设备运行。
因此，如何有效分析和处理交流电动机的故障，是维护和保养交流电动机的重要问题。
1 电动机电气常见故障的处理1.1 绕组短路故障绕组短路是指电动机绕组内的绝缘被破坏或老化，导致电流在绕组内形成不正常的通路，进而导致电动机无法正常运转。
这是交流电动机最常见的电气故障之一，其产生的原因主要包括以下几个方面：（1）绝缘老化：电动机绕组绝缘随着使用时间的增加，会逐渐老化，从而导致绝缘性能下降。
如果绝缘老化严重，就会出现短路现象。
（2）绝缘材料损坏：电动机绕组绝缘材料可能因为过度使用或外力损坏而破裂，进而导致电动机出现绕组短路问题。
（3）湿度和污染：如果电动机长期处于潮湿或污染环境下，其绕组绝缘可能会因此而受到损害，导致短路问题。
（4）过电压：电动机在运行过程中，如果突然遭受过大的电压，也可能导致绕组短路。
当电动机出现绕组短路时，会出现一些明显的症状，例如电动机发热、噪音大、启动困难、甚至无法启动等。
为了解决这个问题，我们需要进行以下步骤：（1）拆开电动机：首先需要将电动机拆开，检查绕组的状况。
（2）清洗绕组：如果绕组内有污物或灰尘，需要将其清除[2]，避免对绕组的损坏。
机电一体化技术专业《任务4-1故障诊断与排除》
一、故障诊断的方法
当系统发生故障时，首先需要判断故障发生的部位，即初步确定故障发生在系统还是系统 外部。当故障发生在系统时，一般可以通过系统的报警显示来确认故障原因，必要时可以借 助各组成模块的指示灯来进一步确认。当故障发生在系统外部时，需要判断故障是由机床系 统的元件故障引起的还是由误操作引起的。为此，在维修和排除故障时，应熟练掌握系统 I/O接口信号诊断技术，变频器，驱动器以及电机相关的应用技术，以便准确高效地排除故 障。
图2 报警信息显示
第三页，共八页。
故障的诊断与排除
三、故障排除
在总结现场常见故障的同时，进一步筛选了32个典型故障，它们涉及强电部分、弱电部分、数控系统PMC部分以及变 频器、驱动器部分，32个故障点列表如下表：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
名称 变频器输出端与主轴电机连接开路 机床刀架正转控制回路开路 机床刀架反转控制回路开路 刀位1信号输出开路 刀位2信号输出开路 刀位3信号输出开路 刀位4信号输出开路 X正限位（急停）开路 Z负限位（急停）开路 Z负限位报警信号输出开路 Z正限位报警信号输出开路 X负限位报警信号输出开路 X正限位报警信号输出开路 X轴参考点信号输出开路 Z轴参考点信号输出开路 变频器端子STF输入开路
按下主轴正转或主轴反转键，主轴不能正转，但可以反转，说明不是1号故障。
第五页，共八页。
故障的诊断与排除
4）继续检查机床换刀操作，运行正常。
5）检查手轮操作，运行正常。
6）按一下“手动”键，切换到手动运行方式，按下各进给轴点动键，各轴可以连续进给；
按下主轴正转或主轴反转键，主轴不能正转，但可以反转，说明不是1号故障。 7）为进一步确定是否为16号故障，将数控系统断电，打到手动控制，利用S1扭子开关和电
新能源电动汽车电机驱动系统的故障分析
Internal Combustion Engine &Parts0引言随着社会的快速发展，我国开始实施可持续发展战略，加大了对环境和资源的保护力度，致使更多的科技工作者投入到了科技创新、节能减排的产品研发当中，在这种大背景下，新能源电动汽车研发成功并逐渐的进入到了人们的生活当中，给人们带来了便利，很大程度上解决了人们代步工具的污染问题。
在新能源动力汽车的整车中，电机是整个系统最核心的部分，控制着整个车辆的动力性能，而汽车电机控制中的驱动系统故障诊断工作是非常重要的工作内容，直接影响着新能源电动汽车的研发和生产，直观的体现了新能源汽车所运用到的最高、创新的科学技术水平。
新能源电动汽车在我国发展比较晚，研发技术还比较有限，在汽车电机驱动系统故障诊断问题上还存在一定的局限，需要更进一步的探索和研究。
1新能源电动汽车电机驱动系统和电机种类的简述依据新能源电动汽车两个或者多个能同时与转动的单个动力传动系统之间动力联合位置的不同，还可以划分为串联式、并联式和混联式三种形式。
串联式系统是指发动机和电动机处于同一条动力传输路线上，发电机发电是由发动机直接带动的，产生的电能用来驱动电动机，在传动系统的驱动下，汽车才能够正常的行驶起来。
并联式混合动力具有两套驱动系统，即内燃机和电动机，这两套驱动系统既可以独立工作，也可以相互协调，配合工作，对汽车进行共同驱动。
混联模式，是建立在并联模式之上，再安装一个发电机即可完成。
一般来讲，新能源汽车的驱动主要依靠的是驱动电机，主要包含5种类型：其一，最开始应用的是直流电机，该控制系统的优势是简便，使用比较简单；劣势是体积大、质量大、效率偏低，被广泛的应用在早期的新能源电动汽车上。
其二，随后出现的就是交流感应电机，包含有同步电机和异步电机两种。
其三，永磁无刷电机，该电机的优势是功率密度与转矩脉动较大，可以在高速区实现弱磁调节，并能够体现快速和便捷的优势，有力的提高了电机的驱动性能。
新能源汽车故障诊断及维修技术分析
180AUTO TIMEAUTO AFTERMARKET | 汽车后市场1 引言现阶段，石油价格的不断增长，再加上严重的能源问题影响，使新能源汽车进入了大众的视野，其不仅能够解决汽车能源供给过大的问题，还可以实现环境保护。
而要想进一步提高新能源汽车的应用质量，就要求维修人员能够对故障维修以及诊断技术进行细化分析，提高对新能源汽车的维修水平，进而增长新能源汽车的使用效益。
2 我国新能源汽车发展现状与意义2.1 新能源汽车发展现状现阶段，我国的新能源汽车种类涉及到了三种：纯电动汽车、插电式混合动力汽车以及燃料电池汽车，不同类型的汽车优势与缺点也各不相同。
纯电动汽车主要是通过可充电电池为汽车提供动力，其能够达到零污染的效果，因此也得到了全世界的关注。
现阶段，纯电动汽车在市场当中已经占据了一定比例的份额，但是因为其电池存储能量不高，价格还十分高昂，再加上高能量存储的电池是纯电动车研发方面的主要问题，这也使得纯电动汽车的市场受到了很大影响，优势始终不够明显，并没有掀起人们的购买热潮，再加上性价比过低的缘故，使得纯电动车的销量也在不断降低。
插电式混合动力汽车当中不仅具备传统汽车的发动机以及变速器，还有着纯电动汽车当中的电池以及电动机，与纯电动汽车的缺点相比，插电式混合电动车当中具备多种驱动系统，因此在行驶里程方面表现得更为优秀，也是现阶段解决新能源汽车续航里程短的理想车型。
燃料汽车当中具备车载燃料汽车装置，并且以此产生的电力作为汽车行驶动力，其具备着能力转化率高以及零排放的特点。
不过，因为燃料电池汽车的核心技术仍然处于发展阶段，还不够成熟，再加上相关配套设施不健全等因素，使得燃料电池汽车的市场规模还不够大。
现阶段，市面上大部分都是混合动力汽车，其不仅能够降低燃油的消耗量，还可以为新能源汽车的研发提供更多的时间。
2.2 发展新能源汽车的意义现阶段，通过新能源汽车来取缔燃油汽车已经成为了今后汽车行业发展的必然趋势，也是我国实现绿色、环保、节能以及可持续发展的关键。
混合动力汽车驱动电机系统故障诊断与排除1
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任务二 混合动力汽车驱动电机系统故障诊断与排除
建议课时：4学时
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任务2 混合动力汽车驱动电机系统故障诊断与排除
知识目标
1. 能够描述混合动力汽车驱动电机系统的故障症状。 2. 能够描述混合动力汽车驱动电机系统的故障码和数据流。 3. 能够描述混合动力汽车驱动电机系统典型故障诊断与排除方法。
（2）故障原因分析
变频器模块会通过电机内的温度传感器和供给的电流计算电机的温度，当温度异常时，系统将
降低电机的输出功率，让电机尽快冷却。
采集电机温度的传感器是热敏电阻传感器。热敏电阻的阻值和电机温度传感器相关，它根据电
机温度的变化而变化。电机温度越低，热敏电阻的阻值越大。相反，电机温度越高，热敏电阻的阻
MG1变频器温度/最小 -50℃，最大：205℃
♦于25℃（77℉）搁置一天： 25℃（77℉） ♦街道行驶：25-80℃（77176℉）
MG2变频器温度/最小 -50℃，最大：205℃
变速驱动桥油温度/最 小-50℃，最大： 205℃
MG2电机温度/最小50℃，最大：205℃
增压转换器温度/最小50℃，最大：205℃
以发电电机温度传感器为例，其相关电路图及连接端子，如图4-2-2所示。
图4-2-2 电机传感器电路图
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任务2 混合动力汽车驱动电机系统故障诊断与排除
获取信息
（3）诊断关键步骤及参数： 1）使用诊断仪读取电机温度传感器数据 进入专用诊断仪的下列菜单：powertrain/Hybird Contro/Data list。读取专用诊断仪上显示的MG1 发电电机温度值[ 提示：如果电路开路或+B短路♦，则专用诊断仪显示的数据是-50℃（-58℃）。如 果电路GND短路，则专用诊断仪显示的数据是205℃（401℃）。]。
电机故障的诊断与修复流程
电机故障的诊断与修复流程电机是现代社会中各种机械设备不可或缺的部件，承担着转动和驱动其他部件工作的重要任务。
然而，在日常使用中，电机也会面临各种故障和问题。
本文将介绍电机故障的诊断与修复流程，以帮助读者更好地解决电机故障问题。
一、故障诊断1. 观察外观：首先，检查电机的外观是否存在烧焦、裂纹或者变形等异常情况。
这些外观上的问题可以直观地判断电机是否存在故障。
2. 检查电源：接下来，检查电机的电源供应情况。
使用万用表测量电源电压是否正常、稳定，确保电机能够正常得到电源供应。
3. 检查线路连接：仔细检查电机的线路连接是否松动或脱落。
如果存在线路连接不良的情况，可以尝试重新连接并进行测试。
4. 测试电阻：使用万用表测量电机的绕组电阻，可以判断电机的绕组是否存在开路或短路等故障。
5. 检测绝缘抗性：使用绝缘电阻测试仪测量电机的绝缘抗性。
通常情况下，电机的绝缘抗性应当达到一定的数值要求。
如果绝缘抗性过低，可能存在绝缘损坏等故障。
二、故障修复1. 更换元件：根据故障诊断的结果，如果发现电机的某个元件存在问题，例如线路连接不良、绕组开路等，应及时更换相应的元件或者进行修复。
2. 清洁维护：有时，电机故障是由于积尘或者异物堵塞等原因导致的。
在修复电机故障之前，可以尝试对电机进行清洁维护，以确保电机正常运转。
3. 检查接地：检查电机的接地情况，确保接地良好。
不良的接地可能引起电机的故障或损坏。
4. 重新调整参数：有些电机故障可能是由于参数设置不正确导致的，例如转速过高或过低、负载过大等。
可以尝试重新调整电机参数，使其符合正常工作范围。
5. 定期保养：除了故障修复之后的维护工作外，定期对电机进行保养也是非常重要的。
定期检查电机的运行情况，及时发现并修复潜在问题，可以有效延长电机的使用寿命。
总结起来，在诊断电机故障的过程中，我们需要仔细观察电机外观，检查电源和线路连接，进行相应的测试和测量，以确定电机故障的原因。
一旦故障被确认，我们需要根据具体情况进行相应的修复工作，包括更换元件、清洁维护、重新调整参数等。
任务二 混合动力汽车驱动电机系统故障诊断与排除1
增压前电压和增压后电压 一致：0-10% ♦发动机停止：0 ♦发动机将要停止：1 ♦发动机将要起动：2 ♦发动机工作：3 ♦装载运行：4 ♦P档加快转速：6
——
—— 如果数值是0V：传感器 电路开路或GND短路如 果数值是510V：传感器 电路+B短路 如果数值是0V：传感器 电路开路或GND短路如 果数值是765V：传感器 电路+B短路 ——
获取信息
①断开H13 HV ECU连接器,和角度传感器连接器。 ②打开点火开关。 ③测量HV ECU连接器端子与车身接地间的电压[ MRF（H13-34）-车身接地、MRFG（H13-33 ）-车身接地、MSN（H13-20）-车身接地、MSNG（H13-19）-车身接地、MCS（H13-32）-车身接 地、MCSG（H13-31）-车身接地均应该小于1V。]，均应该小于1V。 ④关闭点火开关。 ⑤检查线束侧连接器间的电阻，均应该导通[ MRF（H13-34）- MRF（M8-1）、MRFG（H1333）- MRFG（M8-4）、MSN（H13-20）- MSN（M8-2）、MSNG（H13-19）- MSNG（M8-5）、 MCS（H13-32）- MCS（M8-3）、MCSG（H13-31）- MCSG（M8-6）均应该小于1Ω。]，测量数 据小于1Ω。与车身接地绝缘，测量出来的电阻很大。
蓄电池充电状态/最小：0%，最 大：100%
WOUT控制器电源（WOUT 放电控制电源值/最小0W，最大
Ctrl Power）
：81600W
WIN 控制器电源（WIN Ctrl 充电控制电源值/最小-40800W
Power）
，最大： 0W
请求放电至SOC（Dehg
飞机机电作动系统故障模式分析与故障诊断方法
飞机机电作动系统故障模式分析与故障诊断方法作者：芦杨来源：《智富时代》2018年第08期【摘要】飞机机电作动系统采用典型的多电飞机系统，飞机机电作动系统直接影响飞机飞行的可靠性和安全性，为了满足飞机高可靠性及高安全性的基本需求，需要深入探究机电作动器的故障模式。
本文基于无刷直流电动机机电作动系统故障模式的基础上展开深入分析，提出采用直流母线电流进行在线故障诊断的方法，最终对故障预测方法进行探究。
【关键词】飞机机电作动系统；故障模式分析；故障诊断方法一、机电作动系统结构分析多电飞机的机电作动器作为飞机舵面的驱动装置存在，原理结构如下图所示，是速度、位置及电流三闭环控制的无刷直流电动机系统，电源输入端设置有LC结构的EMI滤波器。
由下图可知，机电作动器由无刷直流电动机、逆变器、速度与位置传感器组成，还包含完成位置与速度及电流闭环控制的微处理器。
二、故障类型探究机电作动系统包含电磁机构、传感器、微处理器以及电力电子线路等多种部件，所以可能发生的故障模式也相对比较多样化。
本文主要针对常见故障模式展开分析，探究电动机直流母线电流的波形以及频谱，以作为故障诊断的依据。
1.功率电路故障类型无刷直流电动机功率的主电路六个功率开关器件组成三相桥结构，因此功率电路故障类型主要是开关器的故障，开关器故障可具体分为断路故障和短路故障两种。
短路故障，电路整体中有保护电路的设计，一旦短路故障发生会对控制信号进行即可封锁，此时整个电路暂停工作。
如某一器件发生断路故障时，电机极有可能为缺相运行状态，如测量直流母线电流为一个开关器件断路时的电流波形，均为应用FFT方法分析时获取的不同频谱。
功率电路的另一种故障类型则为非主电路故障，引发原因可能是功率电路中斩波器发生断路故障，此时该通道的母线电流值为零，此处需要注意不同断路故障母线电流表现波形存在一定差异。
如逆变器发生故障，则会导致直流母线电流波形发生畸变情况。
2.电动机故障类型轴承故障及绕组故障是无刷直流电动机的主要故障类型，轴承故障的具体表现是润滑油干枯、轴承滚珠磨损等，绕组故障主要表现形式为开路和短路故障。
交流异步电动机常见故障的分析诊断及处理
交流异步电动机常见故障的分析诊断及处理异步电动机是一种常用的电动机类型，广泛应用于工业生产中。
但由于长期运行和各种外界环境因素的影响，异步电动机常常会发生故障。
因此，对于异步电动机常见故障的分析诊断及处理非常重要。
本文将从故障的分类入手，详细介绍异步电动机常见故障的分析诊断及处理方法。
首先，我们将异步电动机的故障分为两大类：电气故障和机械故障。
一、电气故障1.绕组故障：异步电动机的绕组可能出现短路、开路等问题。
绕组发生短路时，电流异常增大，绕组温度升高，甚至可能导致绝缘击穿。
绕组发生开路时，电机无法正常工作。
处理方法是检查绕组连接是否松动，修复或更换故障绕组。
2.转子故障：异步电动机的转子可能出现断条、断裂等问题。
转子断条会导致转子非均匀加速，发出噪音，甚至引起电机振动。
处理方法是修复或更换故障转子。
3.轴承故障：转子轴承是异步电动机重要的支撑部件，轴承若出现磨损、松动等问题，会导致电机振动、噪音增大。
处理方法是修复或更换故障轴承。
4.过载或过热：长时间过载工作会导致异步电动机过热，甚至损坏绕组绝缘。
处理方法是减少负载，提高散热条件。
二、机械故障1.不平衡：电机转子不平衡会引起振动、噪音增大。
处理方法是进行动平衡调整。
2.轴间隙不当：电机轴与轴承之间的间隙不当会导致摩擦增加，产生热量、振动和噪音等问题。
处理方法是适当调整轴承间隙。
3.耦合装配不良：耦合连接不良会导致电机传动系统的不稳定性。
处理方法是检查耦合装配状态，重新装配或更换故障耦合。
4.润滑不良：电机轴承润滑不良会加剧摩擦和磨损，导致电机故障。
处理方法是检查润滑油是否充足，重新润滑轴承。
总结以上常见故障的分析诊断及处理，我们可以参考以下步骤：1.检查电动机运行状况，观察是否存在异常噪音、振动或高温现象。
2.检查电动机外观是否有损坏，是否有漏油、漏电、松动等现象。
3.检查电动机电缆和连接是否松动或腐蚀。
4.通过测量电动机绕组电阻、绝缘电阻和绕组匝间，判断是否存在绕组故障。
新能源汽车电机驱动系统的故障诊断与
新能源汽车电机驱动系统的故障诊断与修复随着环境保护意识的增强和对传统燃油汽车排放污染的担忧，新能源汽车逐渐成为人们购买的首选。
新能源汽车的核心技术之一是电机驱动系统，它负责将电能转化为机械能驱动汽车。
然而，随着新能源汽车的普及和使用时间的增长，电机驱动系统的故障也逐渐凸显出来。
本文将探讨新能源汽车电机驱动系统的故障诊断与修复方法，旨在帮助车主和维修人员更好地解决这一问题。
一、故障诊断方法故障诊断是解决新能源汽车电机驱动系统故障的关键步骤，下面将介绍两种常用的故障诊断方法。
1. 车辆故障码读取新能源汽车的电控系统会记录各种故障码，并通过车载诊断仪读取。
通过读取故障码，维修人员可以迅速定位到故障所在，从而采取相应的修复措施。
然而，仅仅依靠故障码读取是不够的，因为故障码只是一种表面的现象，维修人员还需要进一步的检查和分析。
2. 实时数据监测新能源汽车的电机驱动系统通过传感器和控制单元实时监测各种参数，例如电流、电压、温度等。
通过实时数据监测，维修人员可以了解系统的工作状态，进而判断是否存在故障。
例如，如果电流异常升高，可能是电机内部短路等问题。
维修人员可以根据实时数据的异常情况来定位到具体的故障点。
二、故障修复方法在诊断出故障后，下一步需要进行故障修复。
下面将介绍几种常见的故障修复方法。
1. 维修或更换受损部件电机驱动系统由电机、控制器、传感器等多个部件组成，当发现某个部件受损时，可以尝试进行维修或更换。
例如，当电机受损时，可以尝试判断是否可以修复，或者直接更换新的电机。
在更换部件时，要确保所更换的部件与原有部件的参数和规格相匹配，以免影响整个系统的性能。
2. 处理电路故障电机驱动系统的电路故障是导致系统失效的常见原因之一。
例如，线路短路、断路等问题都可能导致电机无法正常工作。
在处理电路故障时，需要仔细检查电路连接是否良好，是否有松动或接触不良等情况。
如果发现电路板上的元器件受损，可以尝试修复或更换。
比亚迪宋plus dmi驱动电机控制系统的故障诊断方法
比亚迪宋plus dmi驱动电机控制系统的故障诊断
方法
比亚迪宋plus DMI驱动电机控制系统故障诊断方法包括以下几个
方面：
1. 故障代码读取：在车辆发生故障时，首先需要读取故障代码。
比亚迪宋plus采用OBD-II故障码诊断，通过插上故障扫描仪，读取
系统中存储的故障码信息。
根据读取到的故障码，可以快速定位故障点。
2. 外部传感器检测：比亚迪宋plus的DMI驱动电机控制系统，
还包括了电流、电压传感器等外部传感器。
通过对外部传感器进行检测，可以判断传感器是否工作正常。
如电流传感器在工作中是否合理
反映电机电流等。
3. 电机控制模块检测：电机控制模块是DMI驱动电机控制系统
的核心部件之一。
当发生故障时，需要检测模块是否正常。
检测方法
包括：检查供电是否正常，检查信号是否正确等。
4. 线路检测：线路短路或开路是导致DMI驱动电机控制系统故
障的常见原因之一。
通过对线路进行检测，可以找到故障点。
检测方
法包括：检查线路是否短路，检查是否接线良好等。
5. 故障复现检测：故障不一定是持续性的，可能是间歇性的。
因此在进行故障诊断时，还需要进行故障复现检测。
通过模拟相同或
类似的驾驶条件，观察车辆是否再次发生相同的故障。
总结起来，对于比亚迪宋plus DMi驱动电机控制系统的故障诊断，可以采用以上几个方面来进行。
需要注意的是，需要使用专业的故障
扫描仪和测试工具进行检测和诊断，以保证诊断结果的准确性。
双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法
第27卷㊀第5期2023年5月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.5May 2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法王爽,㊀谢圣宝,㊀张秦一(上海大学机电工程与自动化学院,上海200444)摘㊀要:为了实现对双三相永磁同步电机绕组开路故障的快速诊断与定位,利用双三相永磁同步电机所特有的谐波子平面,提出采用谐波子平面电流矢量并结合归一化处理方案的双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断策略㊂首先,根据故障前后谐波子平面电流矢量幅值大小的变化进行绕组开路故障的检测,其次,依据绕组开路故障后不同的电流矢量相角,准确定位出发生开路故障的绕组㊂为消除负载发生突变时可能造成的误诊断现象,进一步设计了针对谐波子平面电流矢量的归一化处理方案,提升对双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断的鲁棒性㊂仿真和实验结果表明,所提策略能够快速地诊断并定位出绕组的开路故障,在负载发生突变时也可以表现出良好的可靠性和鲁棒性㊂关键词:双三相永磁同步电机;故障诊断策略;绕组开路故障;谐波子平面电流矢量;归一化处理DOI :10.15938/j.emc.2023.05.012中图分类号:TM35文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)05-0108-09㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2021-11-11基金项目:上海市自然科学基金(19ZR1418600)作者简介:王㊀爽(1977 ),男,博士,讲师,研究方向为智能控制理论及其在新能源汽车㊁电力电子和伺服控制系统中的应用;谢圣宝(1996 ),男,硕士研究生,研究方向为模块化多电平变换器;张秦一(1998 ),男,硕士研究生,研究方向为多相电机模型预测控制㊂通信作者:王㊀爽Winding open circuit fault diagnosis method for dual three-phase permanent magnet synchronous motorWANG Shuang,㊀XIE Shengbao,㊀ZHANG Qinyi(School of Mechatronic Engineering and Automation,Shanghai University,Shanghai 200444,China)Abstract :In order to achieve rapid diagnosis and localization of open circuit faults in winding of dual three-phase permanent magnet synchronous motor,based on the unique harmonic subspace of dual three-phase permanent magnet synchronous motor,with the harmonic subspace current vector and the normali-zation scheme combined,a winding open circuit fault diagnosis strategy of dual three-phase permanent magnet synchronous motor was proposed.Firstly,the winding open circuit fault was detected according to the change of harmonic subspace current vector amplitude before and after the fault.Secondly,the wind-ing with open circuit fault was accurately located according to different current vector phase angles after the winding open circuit fault.In order to eliminate the possible misdiagnosis caused by sudden load change,a normalization scheme for harmonic subspace current vector was further designed to improve the robustness of fault diagnosis.The simulation and experimental results show that the proposed harmonic subspace current vector method can quickly diagnose and locate the open circuit fault of winding,and can also show good reliability and robustness in case of sudden load change.Keywords :dual three-phase permanent magnet synchronous motor;fault diagnosis strategy;winding open circuit fault;harmonic subspace current vector;normalization processing scheme0㊀引㊀言双三相永磁同步电机(dual three-phase perma-nent magnet synchronous motor,DTPMSM)具有功率密度大㊁可靠性高和容错能力强等优点,被广泛应用于船舶电力推进㊁电动汽车㊁航空航天等对安全性和稳定性要求较高的领域[1]㊂DTPMSM驱动系统的故障来源中,电机绕组的开路故障是较为常见的电气故障[2]㊂故障发生时,如果不能及时准确地诊断处理,可能会对电机造成进一步的损害,甚至对整个系统造成严重的威胁[3]㊂因此,故障诊断策略已成为保证DTPMSM驱动系统安全稳定运行不可或缺的一部分㊂关于电机绕组开路故障的诊断方法一般可以分为三类:基于模型的诊断㊁基于信号的诊断和基于知识的诊断[4]㊂基于模型的诊断方法利用电机数学模型来估计绕组电压或电流变量,通过对比测量信号和估计信号实现对故障的诊断[4-5]㊂为提升负载变化时系统的鲁棒性,有文献提出基于闭环电流观测器及同步旋转坐标系电流观测器的开路故障诊断方法[6-7]㊂然而,基于模型诊断方案的性能过于依靠建模精度,对电机参数的变化非常敏感[8]㊂基于信号的诊断方法是通过提取故障信号的具体特征来实现的㊂根据测量变量的不同,可分为电压法和电流法㊂基于电压的诊断方法具有较快的诊断速度和较高的准确性[9]㊂文献[10-11]分别对负载相电压和线电压在故障前后的变换特征进行诊断㊂电压法需要在硬件电路中增加额外的传感器,这增加了系统的成本㊁复杂性和潜在的故障点㊂基于电流的检测方法通过提取和检测电机电流信号的故障特征对开路故障进行诊断,该方法与电机相电流的基波周期密切相关,其故障诊断时间通常比基于电压的方法长㊂文献[12]采用电流Park矢量法作为诊断工具用于检测逆变器和电机绕组的故障㊂文献[13]将电机相电流绝对平均值的误差作为诊断变量,用于检测单个和多个功率管的开路故障㊂文献[5]利用对称分量分析方法提取五相永磁同步磁阻电机的缺相故障特征,但在负载突变时会产生误诊断㊂文献[14]根据五相永磁同步电机解耦子平面上的电流模式和归一化相电流识别开路故障,但方法的识别过程过于复杂㊂基于知识的诊断方法独立于系统模型㊁负荷状况和信号模式,但需要大量的历史数据[15]㊂文献[16]通过小波变换提取故障特征,采用长短时间记忆算法对开路和短路故障进行检测㊂文献[17]将归一化的电流矢量作为诊断变量,运用模糊推理确定诊断结果㊂文献[18]通过离散时间小波变换提取相电流特征,使用支持向量机的方法对开路的功率管和绕组故障进行识别㊂基于知识的方法通过研究训练集的分布特征,充分利用样本中的信息进行故障诊断,不需要精确的系统模型㊂但该方法需要较长的训练时间,计算较为复杂,增加了实现的难度㊂综上可知,基于电流法的开路故障诊断策略与电机的参数无关,算法相对简单,且不需要增加额外的传感器,是目前较为常用的方法[19-21]㊂本文将在电流法的基础上,把包含故障特征的谐波平面电流矢量幅值和相角作为诊断因子,提出一种适用于DTPMSM的具有较好鲁棒性的绕组开路故障诊断策略㊂1㊀谐波子平面电流矢量与故障特征DTPMSM驱动系统如图1所示,其中ABC三相绕组由T1~T6功率管组成的三相逆变桥电路控制, XYZ三相绕组由T7~T12功率管组成的三相逆变桥电路控制,2套驱动电路共用直流母线㊂图1㊀DTPMSM驱动系统Fig.1㊀DTPMSM drive system DTPMSM在自然坐标系下的电压方程为u6s=R6s i6s+L6s d i6s d t+ψf dλ6s d t㊂(1)式中:u6s㊁i6s㊁R6s分别为定子相电压㊁定子电流㊁定子电阻矩阵;L6s㊁λ6s分别为电感系数㊁磁链系数矩阵;ψf为永磁体在每一相绕组中产生的磁链幅值; u6s=[u A u B u C u U u V u W]T;i6s=[i A i B i C i U i V i W]T; R6s=diag[R R R R R R];λ6s=[sinθe sin(θe-2π/3)sin(θe+2π/3)sin(θe-π/6)sin(θe-5π/6) sin(θe+π/2)]T,θe为转子纵轴与A相轴线的电角度㊂根据电压方程(1),选择电机电流为状态量,得901第5期王㊀爽等:双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法到状态空间函数为d i 6s d t =-R L -16s i 6s +L -16s u 6s -ψf L -16s d λ6sd t㊂(2)按照标准状态空间函数形式,式(2)可写为x ㊃=Ax +Bu +d ,则在连续时间状态下x (t )的通解可表示为x (t )=e A (t -t 0)x (t 0)+ʏt t 0eA (t -τ)[Bu (τ)+d (τ)]d τ㊂(3)当DTPMSM 工作在正常状态下,忽略电机的高频噪声时,电机的六相绕组电流为完全平衡的正弦波,表达式为:i A =I m sin(ωt );i B =I m sin ωt -23π();i C=I msin ωt +23π();i X =I m sin ωt -16π();i Y =I m sin ωt -56π();i Z=I msin ωt +12π()㊂üþýïïïïïïïïïïïïïï(4)矢量空间解耦(vector space decomposition,VSD)将DTPMSM 中的变量映射到3个相互垂直的子平面:基波子平面α-β平面㊁谐波子平面z 1-z 2平面以及零序子平面o 1-o 2平面㊂根据VSD 坐标变换矩阵,此时谐波子平面电流i z 1和i z 2为i z 1i z 2éëêêùûúú=Tz 1z 2[][i A i B i C i X i Y i Z ]T =00[]㊂(5)式中[T z 1z 2]=131-12-12-323200-32321212-1éëêêêêùûúúúú㊂(6)理想状态下,DTPMSM 正常运行时谐波子平面的电流矢量为I z 1z 2=i z 1+j i z 2=0㊂(7)当DTPMSM 出现绕组开路故障时,不失一般性,以C 相绕组发生开路故障为例,此时C 相绕组电流为0,A 相绕组和B 相绕组串联接入电路㊂根据式(3),只考虑六相电流初始相位差,因而令A 相电流初始相位角为0,并忽略电流中的5次及以上高次谐波分量,可得:i A =α10.866I m sin(ωt )+β1I m sin(3ωt +0.1384π);i B =-α10.866I m sin(ωt )-β1I m sin(3ωt +0.1384π);i C =0;i X =α2I m sin(ωt -π3)+β2I m sin(3ωt -0.2211π);i Y =α3I m sin(ωt -π)+β3I m sin(3ωt -0.8668π);i Z =α4I m sin(ωt +π3)+β4I m sin(3ωt +0.3820π)㊂üþýïïïïïïïïïï(8)式中:ω为电机正常运行时的基波角频率;I m 为电机正常运行时的电流幅值;αi ㊁βi (i =1,2,3,4)分别为与电机参数有关的基波和三次谐波幅值系数㊂为便于分析故障状态下各相绕组电流的解析表达式,分析正常运行时的电流幅值与故障后电流基波㊁三次谐波幅值的关系,将表1的实验电机参数代入式(3),对故障下不同负载的绕组电流进行傅里叶变换,得到定子电流幅值分别为22.14㊁70.33和114.2A 时的系数如表2所示㊂可见三次谐波分量占比远小于基波分量,为此忽略三次谐波,简化式(8)为:i A =0.866I m sin(ωt );i B =-0.866I m sin(ωt );i C =0;i X =I m sin(ωt -π3);i Y =I m sin(ωt -π);i Z =I m sin(ωt +π3)㊂üþýïïïïïïïïïï(9)根据坐标变换矩阵,谐波子平面的电流为i z 1i z 2éëêêùûúú=[T z 1z 2][i A i B i C i X i Y i Z ]T =0.25I m sin(ωt +π2)-0.4330I m sin(ωt +π2)éëêêêêùûúúúú㊂(10)C 相绕组开路故障状态下谐波子平面的电流矢量为I z 1z 2=i z 1+j i z 2=(i 2z 1+i 2z 2)ej θ∗z 1z 2=|I z 1z 2|e j θ∗z 1z 2=0.5I m sin(ωt +π2)e -j π3㊂(11)式中:|I z 1z 2|为谐波子平面电流矢量I z 1z 2的幅值;θ∗z 1z 2=arctan(i z 2/i z 1)为理想情况下谐波子平面电流011电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀矢量I z1z2的相角㊂表1㊀实验电机参数Table1㊀Experimental motor parameters㊀㊀参数数值永磁磁链/Wb0.0056定子电阻/Ω0.0225交轴电感L q/mH0.05318直轴电感L d/mH0.05318漏自感L aal/mH0.002659额定转矩/(N㊃m)5额定电流/A60表2㊀不同负载下的电流幅值系数Table2㊀Current amplitude coefficient under different loads系数22.14A70.33A114.2Aα10.87500.86760.8571α20.97900.96500.9562α3 1.0108 1.00180.9895α4 1.0350 1.0430 1.0604β10.06390.09110.1310β20.07100.09650.1230β30.07380.10520.1512β40.07290.10170.1436同理,可以得到DTPMSM在其他相绕组开路状态下电流矢量I z1z2的幅值与相角,如表3所示㊂当电机出现绕组开路故障,谐波子平面电流发生变化,不再为0,电流矢量I z1z2的幅值和相角中包含故障信息㊂因此,DTPMSM的谐波子平面电流可以作为特征量,电流矢量I z1z2的幅值变化用于故障的诊断,确定是否发生了绕组开路故障,而相角用于定位发生开路故障的相绕组㊂表3㊀谐波子平面电流矢量I z1z2的幅值与相角Table3㊀Amplitude and phase angle of harmonic subspace current vector Iz1z2DTPMSM状态最大幅值相角正常运行状态00A相绕组开路0.5I m0B相绕组开路0.5I mπ/3C相绕组开路0.5I m-π/3X相绕组开路0.5I m-π/6Y相绕组开路0.5I mπ/6Z相绕组开路0.5I mπ/22㊀鲁棒性提升为了克服因负载突变造成的误诊断,提高方案的鲁棒性,提出采用归一化处理的改进措施㊂首先,对电流矢量I z1z2的幅值进行归一化处理:I z N=1,|I z1z2|ȡλ;0,|I z1z2|<λ㊂{(12)式中:I z N为谐波子平面电流矢量的归一化变量;λ为归一化阈值㊂将归一化变量I z N进行取平均值计算,得到故障诊断信号为F f=1TfʏT f0I z N d t=1NðN i=1I z N(i)㊂(13)式中:T f为积分周期,为保证开路故障诊断的准确性,一般T f最大取电机在额定转速下电流周期的1/4;N为1个周期内的采样点数,N随着电流采样频率的升高而增大㊂然后,将计算得到的故障诊断信号F f代入下式的归一化电流故障检测准则进行故障判断,即F n=Open,F f>k;Normal,F fɤk㊂{(14)式中:F n为归一化电流故障检测准则信号;k为归一化电流故障检测判断阈值㊂若F fɤk,则F n=Nor-mal,表示没有出现绕组开路故障;若F f>k,则F n= Open,表示出现绕组开路故障㊂最后,利用电流矢量I z1z2的相角对发生开路故障的绕组进行定位㊂为了克服电机在实际运行过程中受到非理想因素的影响,需要对理想情况下得到的θ∗z1z2设置一定的裕度角φ㊂当实际电流矢量I z1z2的相角满足下式时,可定位开路故障的绕组,即(θ∗z1z2-φ)ɤδɤ(θ∗z1z2+φ)㊂(15)图2为本文提出的绕组故障诊断策略原理图㊂图2㊀所提出的绕组开路故障诊断策略Fig.2㊀Proposed winding open circuit fault diagnosis strategy111第5期王㊀爽等:双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法3㊀仿真结果为了验证本文所提方法的鲁棒性,未采用归一化处理和采用归一化处理的谐波子平面电流矢量法在DTPMSM 负载突变时的仿真结果对比如图3所示㊂仿真中DTPMSM 参数如表1所示,电机的转速参考值设定为300r /min,归一化阈值λ及故障检测判断阈值k 均设置为0.2,T f 设置为0.02s㊂t =0.1s 时负载由3N㊃m 突减到空载,t =0.2s 时由空载突增至3N㊃m㊂为了让波形更加清晰可见,只绘出了一套绕组的电流波形㊂图3㊀负载突变时归一化处理前后仿真结果Fig.3㊀Simulation results before and after normaliza-tion in case of sudden load change图3的仿真结果表明,在突增突变的情况下,电流矢量I z 1z 2的幅值会有较大的波动,不采用归一化处理的情况下容易产生误诊断,而归一化处理后的方法F f 未超过诊断阈值k ,负载突变不会产生误诊断㊂图4为各相绕组开路状态下标准化基波子平面电流矢量I αβ和谐波子平面电流矢量I z 1z 2的仿真结果㊂转速为300r /min,负载转矩为1.5N㊃m㊂当绕组开路时,基波子平面电流矢量形成不同倾斜角度的椭圆,谐波子平面电流矢量形成不同倾斜角度的直线,倾斜角度与表3一致㊂图4㊀绕组开路时基波与谐波子平面电流矢量Fig.4㊀Current vector of fundamental and harmonicsubspace when winding is open-circuit图5给出了发生开路故障的绕组电流波形和故障诊断信号波形㊂M 为开路故障绕组编号,电机A㊁B㊁C㊁X㊁Y㊁Z 绕组开路时分别对应数字1~6,非故障状态下运行时M =0㊂以图5(a)为例:t <0.1s,电机处于正常运行状态,故障诊断信号F f =0,故障绕组编号M =0,表示电机未发生绕组开路故障㊂t =0.1s 时出现开路故障,电流矢量I z 1z 2的幅值变化逐渐超过归一化阈值λ,故障诊断信号F f 的值上升并最终稳定在接近于1㊂当F f 超过阈值k 时,触发故障诊断算法进入故障定位模块㊂故障绕组编号M 由0跳变为1,显示A 相绕组出现开路故障㊂4㊀实验验证实验平台如图6所示,采用伺服电机系统作为负载㊂实验电机参数同表1㊂图7(a)和图7(b)分别为正常运行状态下的诊断变量及标准化电流矢量的实验结果㊂实验中,电机转速为300r /min,负载转矩为1.5N㊃m㊂由于211电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀噪声存在,谐波子平面电流矢量I z1z2的幅值约为0.1A㊂因此,试验中将归一化阈值设置为λ=0.2,归一化电流故障检测判断阈值设置为k=0.2㊂图5㊀绕组电流与故障诊断信号Fig.5㊀Winding current and fault diagnosis signal 311第5期王㊀爽等:双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法图6㊀实验平台Fig.6㊀Experimentalplatform图7㊀正常运行时的实验结果Fig.7㊀Experimental results of normal operation归一化处理前后的实验结果对比如图8所示㊂电机负载先从3N㊃m 突减到空载,再由空载突加到3N㊃m,电机的转速为300r /min㊂负载突变的瞬态工况下,未采用归一化处理的谐波子空间电流矢量法中F =1表示电流矢量I z 1z 2的幅值超过预先设置的阈值,从而判断系统出现绕组开路故障,而归一化处理之后的故障诊断信号F f 的值保持在0左右,能够有效地避免由于负载突变而出现的误诊断现象㊂图9和图10分别为相绕组发生开路故障时的标准化电流矢量㊁诊断变量和电流波形㊂绕组开路时,基波子平面电流的矢量形成不同倾斜角度的近似椭圆,谐波子平面电流矢量形成不同倾斜角度的直线,与仿真结论相符㊂当某一相绕组开路时,该相电流迅速变为0,该套绕组其他相的电流波形发生明显的畸变,当F f 超过阈值k 时,故障绕组编号M 由0发生跳变,定位出开路故障的绕组㊂图8㊀负载突变时归一化处理前后的实验结果Fig.8㊀Experimental results before and after normali-zation in case of sudden loadchange图9㊀绕组开路故障时的电流矢量Fig.9㊀Current vector when winding is open circuit411电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图10㊀绕组开路故障时的电流及诊断变量Fig.10㊀Current and diagnostic variables when winding is open circuit5㊀结㊀论针对DTPMSM相绕组开路故障问题,本文提出一种基于谐波子平面电流矢量的诊断策略㊂该策略根据谐波子平面电流矢量的幅值与相角进行绕组开路故障的判断与故障相定位㊂为进一步提升负载变化时该诊断方法的鲁棒性,本文采用电流归一化方法对所提方案进行改进㊂仿真与实验结果表明,该方法能够快速并准确地诊断并定位出绕组的开路故障,验证了所提方案的可行性和有效性㊂参考文献:[1]㊀BARRERO F,DURAN M J.Recent advances in the design,mod-eling,and control of multiphase machines-Part I[J].IEEE Trans-actions on Industrial Electronics,2016,63(1):449. 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新能源汽车驱动系统的故障诊断与分析
新能源汽车驱动系统的故障诊断与分析一、引言随着全球对可持续发展和环境保护的关注与日俱增，新能源汽车作为传统燃油汽车的替代品逐渐受到人们的关注和推崇。
新能源汽车的驱动系统作为其核心部件之一，在确保车辆安全、性能和可靠性的同时，也面临着各种故障和问题。
本文将探讨新能源汽车驱动系统的故障诊断与分析方法，旨在帮助提高故障排除的效率和准确性。
二、新能源汽车驱动系统概述新能源汽车驱动系统主要由电动机、电池组、传动系统和控制器等组成。
电动机负责转换电能为机械能，推动车辆运动；电池组存储电能并为电动机提供动力；传动系统则将电动机输出转化为车轮的驱动力；控制器则是整个系统的中枢，控制电能的输出和驱动各个部件的协同工作。
三、新能源汽车驱动系统故障分类1. 电动机故障：电动机故障主要包括绕组断线、短路、接地等；此外，还有电机控制器的过流、过压和过温等问题。
2. 电池组故障：电池组故障主要包括电池单体损坏、电池容量减退、电池电压不平衡等，这些问题会导致电池的寿命缩短以及续航里程的下降。
3. 传动系统故障：传动系统故障主要包括传动装置的齿轮损坏、轴承失效、皮带断裂等，这些问题会导致车辆的传动效率下降和噪音增加。
4. 控制系统故障：控制系统故障主要包括传感器失效、控制器软件错误、通信故障等，这些问题会导致车辆性能下降和安全隐患。
四、新能源汽车驱动系统故障诊断与分析方法1. 故障码诊断：新能源汽车驱动系统通常配备了故障码诊断功能，通过读取故障码可以快速确定故障的类型和原因，比如可通过在车辆上接入相应的诊断工具，读取故障码后对照故障码库进行分析。
2. 数据采集与分析：通过使用数据采集设备，对驱动系统中的各个传感器进行实时数据采集，例如电流、电压、转速等参数，在故障发生时分析这些数据，结合系统工作状态和设计参数，可以找出异常数据，定位故障原因。
3. 示波器诊断：示波器可以监测和显示电流和电压的波形，通过观察波形可以判断电动机、电池组等元件的健康状态，如是否存在异常波动、峰值等情况，从而准确诊断故障。
新能源汽车常见故障诊断与维修
四 高压附件系统故障诊疗与维修
五 CAN通讯故障诊疗与维修
六 常见综合性故障诊疗与维修
新能源汽车常见故障诊断与维修
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二、动力电机驱动系统故障诊疗与维修
1.动力电机驱动系统故障指示灯
与动力电机驱动系统直接相关故障指示灯有 电机系统过热指示灯、驱动电机故障指示灯 、系统故障指示灯, 高压断开指示灯、CAN 故障灯在一些故障模式下会伴随点亮。
母线过流、过压、旋变故障、电 机超速等
故障现象
原因分析
诊疗与维修思绪
驱动电机故障指示灯 系统故障指示灯 CAN故障报警灯
、 、 点亮
① 车辆无法上高压 ② 车辆行驶中无扭矩
输出
电机控制单元CAN通 讯模块出现问题
经过诊疗仪读取车辆故障码，
确定详细故障原因，联络对应 供给商处理。
新能源汽车常见故障诊断与维修
电压过低故障；
⑧ 动力电池单体电压过低可能由动力电池单体性能衰减和动力电池单体电压采集错误两种原因造成。
⑨ 尝试对车辆进行充电, 若能够充电待电池组充满后, 联络动力电池厂家处理；若无法充电直接联络动力电池厂家处理。
⑩ 若全部或大部分动力电池单体电压均为0V, 优先考虑动力电池单体电压采集故障, 直接联络动力电池厂家处理。
对电力电子单元（PEU）、驱动电机、动力电池组、车载充电机、制动空压机、电液转向泵电机、电动压缩机、PTC加热
器等高压部件及高压线束进行绝缘检验。
绝缘电阻检测方法
绝缘电阻检测测试电压最少为动力系统标称电压
1.5倍或500V(DC)电压, 二者取较高值。
测量高压线束绝缘电阻前, 应将彻底断开高压线束
两端与高压部件连接, 不然影响检测结果；
变频器IGBT开路故障诊断方法
变频器IGBT开路故障诊断方法变频器（Inverter）是将直流电转换成交流电的装置，广泛应用于电机的调速控制系统中。
在变频器的工作过程中，开路故障是一种常见的故障现象，会导致整个系统无法正常运行。
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是变频器的核心部件之一，如果IGBT发生开路故障，就需要采取相应的诊断方法及时进行维修和更换。
一、开路故障的特征当变频器的IGBT发生开路故障时，通常会出现以下特征：1.变频器无法启动或无法正常运行；2.发生过电流保护或过温保护；3.变频器产生异常噪音或异味；4.变频器输出电压或电流波形失真；5.显示屏上出现相应的故障代码或故障报警。
二、开路故障的诊断方法要准确诊断变频器IGBT的开路故障，可以采取以下方法：1.观察指示灯：变频器通常会配备有运行指示灯和故障指示灯，在发生故障时故障指示灯会亮起。
通过观察故障指示灯的闪烁方式和频率，可以初步确定故障类型。
2.检查电路板：使用万用表等仪器，对变频器内部的电路板进行检查。
注意检查IGBT周围的元件，如电容、电阻等是否正常。
如果发现有元件烧损、脱焊或电路板上有明显痕迹，就可以初步判断IGBT发生开路故障。
3.测试IGBT：将变频器与电源断开连接，拆下控制电路板，找到IGBT所在的位置，使用特殊的测试仪器（如静电测试仪）进行IGBT的测试。
测试时可以检测IGBT的结导通状态、漏极电压等参数。
如果测试结果显示IGBT存在开路故障，就需要及时更换。
4.电流检测：使用电流钳等仪器，对变频器的输入电流、输出电流进行检测，并与正常工作时的数值进行对比。
如果发现电流异常，如输入电流明显降低或输出电流变小，那么很可能是由于IGBT的开路故障导致的。
5.波形分析：使用示波器等仪器，对变频器的输出电压、电流波形进行分析。
如果发现波形存在失真、变形或不平稳等现象，且在故障发生后出现，就需要进一步检查IGBT是否存在开路故障。
双三相永磁同步电动机驱动器全开路故障模式的诊断方法
双三相永磁同步电动机驱动器全开路故障模式的诊断方法汤昊岳;李伟力;陈睿
【期刊名称】《电机与控制学报》
【年(卷),期】2024(28)5
【摘要】准确地对驱动器开路故障进行识别与诊断能够有效防止故障进一步恶化所引起的严重事故,也是实施恰当容错控制策略的先决条件。
驱动器的开路故障类型包含单个功率开关管故障、多个功率开关管故障以及功率开关管和相的混合故障,提出能够识别上述所有类型全开路故障模式的诊断方法。
首先,为了便于模拟多类型的故障场景并提高理论模型的计算精度,构建能够计及诸多非理想因素和电机与驱动器之间相互影响关系的直接耦合分析模型,并通过实验验证了该模型的准确性和有效性。
其次,通过矢量空间解耦中的子平面电流和绕组相电流分别提取故障因子和辅助故障因子,提出基于2种故障因子的诊断方法,并明晰2种故障因子的阈值范围和使用方法。
最后,依托验证后的直接耦合分析模型,对6种不同类别的开路故障进行识别和诊断,证明所提方法的有效性。
【总页数】11页(P27-37)
【作者】汤昊岳;李伟力;陈睿
【作者单位】北京交通大学电气工程学院;中国矿业大学电气工程学院;北京理工大学睿信书院
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.双三相永磁同步电动机一相绕组短路故障性能分析
2.双三相永磁轮毂电机开路故障时容错控制系统设计
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分析纯电动汽车轮毂电机故障诊断与维修精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版摘要：汽车现在已经成为生产生活重要交通设备，生产制造技术也在不断更新，尤其是生产数量持续增加，已经由研发阶段进入到量化生产阶段。
为提高运行可靠性，需要对常见故障原因进行分析，应用有效技术进行诊断，最终选择合适措施进行维护，及时消除故障，避免造成更进一步的影响，本文就此进行了简单分析。
对于纯来讲，在故障诊断与维护技术的选择上，与传统差异较大。
为提高维修效果，还需要从专业角度出发，结合纯特点，选择有效技术维护处理，避免故障对汽车运行状态的影响。
1 纯驱动系统分析驱动系统为新型电机驱动方式，布置灵活性高，以车辆驱动方式为依据，可以设置在汽车两后轮、两前轮或者四个车轮轮毂内。
与传统内燃机汽车以及其他驱动形式相比，驱动式汽车在底盘结构、动力源配置等方面具有更大优势。
例如，车轮却动力可实现独立控制，响应速度快，正反转灵活性高，并且可以实现各轮电气制动、制动能量回馈、机电复合制动等，提高了对整车能源的利用效率。
另外，应用此种驱动系统，整车布局与车身造型设计自由性提高，实现了产品多样化与系列化设计，可有效缩短产品设计周期。
2 基于滑模观测器车故障诊断2.1轮毂电机故障分析基于滑模观测器对车故障进行诊断时，可以将电机与电机驱动看作为一个整体，可用控制增益k表示，其定义为如下。
k=T/u其中丁表示电机输出转矩，u表示控制器遵循驾驶员意图传输给电机的控制信号。
正常状态下k为正常值，电机输出转矩丁通过增益时民据驾驶员意图变化。
如果电机运行出现异常情况，增益k将会发生变化，使得电机输出转矩与期望转矩之间产生差异，将其作为电机故障诊断依据。
电机运行经常会因为各项因素的影响出现故障，且表现形式不同。
当其出现磁性减弱、电机温度升高以及绕组反向等故障时，电机控制增益k值减小，电机输出转矩小于期望转矩。
如果出现电机定子绕组开路或者匝间短路等故障时，电机控制增益k值会随着时间发生正弦变化，电机输出转矩也随时间发生正弦变化。
变频器IGBT开路故障诊断方法 张梦丽 董建华
变频器IGBT开路故障诊断方法张梦丽董建华摘要：社会经济的飞速发展，对变频器使用的整体水平与质量提出了越来越高的要求。
尤其是其中的IGBT模块，它的效用程度好坏直接关系到各种作业的数量与质量，更关系到未来的发展与进步。
关键词：变频器；IGBT；开路故障；诊断方法1 IGBT概述IGBT是强电流、高电压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。
由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。
虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。
较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构特性，同一个标准双极器件相比，IGBT可支持更高电流密度，并简化了其驱动器的原理图。
IGBT是一种功率晶体，运用此种晶体设计之UPS可有效提升产品效能，使电源品质好、效率高、热损耗少、噪音低、体积小与产品寿命长等多种优点。
2 IGBT的主要作用IGBT是双极型晶体管（ BJT ）和 MOSFET 的复合器件， IGBT将BJT的电导调制效应引入到 VDMOS 的高阻漂流区，大大改善了器件的导通特性，同时它还具有MOSFET 的栅极高输入阻抗的特点。
IGBT所能应用的范围基本上替代了传统的功率晶体管。
绝缘栅双极型晶体管本质上是一个场效应晶体管，在结构上与功率MOSFET 相似，只是在原功率MOSFET 的漏极和衬底之间额外增加了一个P+型层。
小功率应用一般会使用IGBT单管，大功率应用一般是IGBT模块。
3 变频器IGBT开路故障诊断变频器中IGBT开路故障是一种出现频率较高的硬件故障，这种故障多发生于操作不当或意外过流、硬件没能及时保护变频器，除此外IGBT开路故障还包括驱动开路故障。
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电机驱动系统开路故障诊断技术
摘要：近些年，在社会发展下，我国的各个领域随之进步，科学技术也随之进步。
研究一种电机驱动系统的故障诊断新方法，能实时诊断与定位单个功率管或
多个功率管的开路故障，在系统负载突变或转速突变时，不需要调整故障判断阈值，鲁棒性强，不易误诊断。
关键词：电机驱动；开路故障；转速突变
引言
常见的逆变器故障主要有开路和短路故障。
短路故障，通常由硬件电路在微
秒级的时间内进行保护处理；对于开路故障，多数情况下不会立刻导致系统停机，但会引起其他器件发生二次故障，最终导致系统无法正常工作。
逆变器发生故障时，电路中的电压、电流等物理量相对正常状态时将会发生变化，利用这些特征
便可对其进行故障诊断。
根据检测量的不同，主要分为电流检测法和电压检测法。
电流检测法主要有：直流母线单电流传感器法、定子电流时域分析法、电流矢量
轨迹与电流瞬时频率法、直流侧电流频谱分析法、平均电流绝对值法和智能诊断
方法等。
中逆变器通常采用正弦脉宽调制或空间矢量脉宽调制方式，多用于永磁
同步电机或交流感应电机的驱动控制。
由于采用不同的控制策略，电流在故障状
态下表现出的特征不同，这些方法并不适用于方波控制的无刷直流电机驱动系统
逆变器的故障诊断。
所述的方法数学计算复杂，需要高性能的处理器，在低成本
应用场合并不适用。
针对无刷直流电机，分析了逆变器在正常工作和开路状态下
电机的相电流特征，将三相电流的绝对值之和作为特征量进行故障的检测与定位，该方法需要三个电流传感器，增加了成本，并且电流易受系统运行状况的影响。
提出几种电压检测法。
对比了正常状态与开路故障下逆变器相电压、电机相电压、电机线电压或电机中性点电压之间的误差，利用这些电压误差来诊断器件的故障，该方法主要用于异步电机驱动系统。
将开关函数模型应用到逆变器的运行模式分
析中，利用高速光耦实现了逆变器的无传感器开路故障诊断；在开关函数模型和
分析运行模式的基础上，依据故障和正常状态下桥臂下管承受电压的误差，通过
硬件电路来实现故障器件的诊断。
中的诊断方法需要高速光耦或比较器，相应地
增加了诊断成本。
1研究方法
相比于开路故障，短路故障已存在许多较成熟的诊断方案；而相比于短路故障，电机发生开路故障后往往还能运行，不易被发现，但其危害较大。
因为在此
情况下其余IGBT将流过更大的电流,导致发生过流故障；且电机电流中存在直流
电流分量，会引起转矩减小、发热、绝缘损坏等问题，如不及时处理开路故障，
将会引发更大的事故。
因此，对电机驱动系统开路故障诊断方法的研究更加必要。
目前在功率管开路故障诊断策略上，采用的方法主要有三种。
（1）专家系统法。
主要是依赖专家长期的经验积累，通过对常见故障进行总结建库，再通过查询经
验库来实现故障类型的判断。
（2）基于电压检测的功率管开路故障诊断方法。
这种电压检测法，其主要是通过检测系统正常态与故障态时电机相电压或中性点
电压之间的偏差来进行功率管的开路故障诊断。
（3）电流检测法。
主要是通过
对电流信号的提取检测来对系统功率管的开路故障进行诊断，由于其系统的参数
和控制策略是独立的，且不需要增加额外的传感器，是目前最为常用的一种检测
方法。
国内基于平均电流的故障检测技术方案在负载/转速突变条件下存在故障误判断问题。
2诊断技术
本项目主要研究一种电机驱动系统的故障诊断新方法，使该方法简单易行，
能实时诊断与定位单个功率管或多个功率管的开路故障，在系统负载突变或转速
突变时，不需要调整故障判断阈值，鲁棒性强，不易误诊断，从而实现对电驱动
系统故障的实时检测和定位。
2.1线电压差检测方法
目前，面向电机控制应用领域的微处理器芯片内部多集成与PWM同步触发
的AD转换器，可以方便地在tON与tOFF内采集端电压，然后通过软件算法获得
线电压差。
为了采集逆变器不同工作模式下相应的电机两相端电压，通常需要3
路独立的AD转换器，这将增加系统的成本与器件选型的难度。
从降低成本角度
出发，本文针对内部集成1路独立AD转换器的微处理器，利用分时复用策略估
计出线电压差。
硬件检测电路如图1所示，其中R1~R6为分压电阻，R1R3R5，R2R4R6。
图一
以S1为例，当前PWM周期内分别在tON、tOFF内采样A相端电压UAON1、UAOFF1；下一个相邻的PWM周期内采样B相端电压UBON2、UBOFF2，采样时
刻如图2所示。
图2
端电压采样时刻为了降低功率管开关切换及电路延时带来的信号干扰和失真，可通过软件灵活设置同步采样的触发时刻来解决。
考虑到PWM周期很小，忽略
相邻周期内的端电压变化，有通过式(1)、(2)，即可估计出线电压差UAB。
2.2将采集到的电驱动系统三相电流In（n＝a,b,c）进行Clark/Park变换得到
d-q坐标系下实际电流值Id和Iq，然后将Id、Iq分别通过滤波器进行滤波，再将
滤波后的电流值通过Park矢量处理器进行处理得到处理后的电流基准值|Is|，再
经过归一化处理器处理得到归一化后的电机相电流InN。
其中电流基准值|Is|和归
一化后的电机相电流InN分别为式（3）和式（4）。
3技术关键
例如，解决轻载/空载条件下故障误判断。
采用防止系统空载或轻载误判断处
理器来进行处理，即根据系统实际q轴电流值Iq的大小，确定给定d轴电流Id*
的取值，具体处理方法如式（5）。
式中，Id*为给定d轴电流，Iq为实际q轴电流，F为系统带载情况的判断阈值，这里取F为额定电流值的20%，L为系统处于空载或者轻载情况下d轴电流
注入值。
通过这些参数和数值的选定与使用，计算后得出结论进行判断和处理。
结语
本文提出一种电驱动系统的故障诊断新方法，使其简单易行，能实时诊断与
定位单个功率管或多个功率管的开路故障，解决轻载、空载条件下系统误判断问题。
在系统负载突变或转速突变时，不需要调整故障判断阈值、鲁棒性强、不易
误诊断，是一种很好的电机驱动系统开路故障诊断上的新策略。
参考文献：
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航天大学,2017.
[2]蒋雪峰,李强,王绍帅,夏玲芳.基于双绕组永磁容错电机驱动系统的强鲁棒性开路故障诊断策略研究[J].中国电机工程学报,2019,39(15):4550-4558.
[3]杨忠林，吴正国，李辉．基于直流侧电流检测的逆变器开路故障诊断方法[J]．中国电机工程学报，2008，28(27)：18-22．
[4]赵文祥,唐建勋,吉敬华,刘国海.五相容错式磁通切换永磁电机及其控制[J].中国电机工程学报,2015,35(05):1229-1236.。