三相电压源型逆变器故障诊断方法研究

三相电压源型逆变器故障诊断方法研究

发表时间：2019-09-18T09:28:41.510Z 来源：《电力设备》2019年第7期作者：苗云鹏[导读] 摘要：逆变器是点击变频调速系统中重要空间，也是最容易发生故障的薄弱环节，随着供电技术的发展，高频电源、三相电源逐渐取代了传统的单相工频电源，成为各种电器节能提效的新选择。 (国电四子王旗光伏发电有限公司内蒙古自治区乌兰察布市 011800) 摘要：逆变器是点击变频调速系统中重要空间，也是最容易发生故障的薄弱环节，随着供电技术的发展，高频电源、三相电源逐渐取代了传统的单相工频电源，成为各种电器节能提效的新选择。但是随着功能性的提升，引起了新型的三相电压源型逆变器故障，本文将对这类故障的特点和诊断方法进行分析。

关键词：三相电压；逆变器；故障；诊断逆变器供电的电动机变频驱动系统在工业生产中广泛应用，这些电动机对与逆变器故障非常敏感，因此，近些年有关逆变器故障的检测与诊断问题已经引起了国内外众多研究者极大关注。尽早发现系统中的故障，运用正确的故障诊断策略来进行住而却的腹胀分离成为提高驱动系统可靠性、避免系统整体运行瘫痪问题的重要手段。

1.三相电压电源工作原理随着供电技术的发展，高频电源、三相电源逐渐取代了传统的单相工频电源，成为各种电器节能提效的新选择。三相电源主电路是一个较复杂的电路结构，三相交流380V电源经三相晶闸管调压电路，送至三相高压硅整流变压器的初级，经升压整流后输出直流高压。全波供电时，与工频电源类似，通过微机控制器控制晶闸管的导通角调节设备输出电压。间歇供电通过顺序触发可控硅，再停止n次触发的形式实现，受电路和晶闸管特性限制，无法实现任意可调。

2. 三相电压源型逆变器常见故障类型逆变器供电的电动驱动系统最常见的故障是半导体开关元件基极驱动电路故障，即控制电路出现故障，其原因大多是驱动的光耦失效，也会有少数情况是由于功率开关自身的栅级故障，这种故障在三相电压源型逆变器中的表现通常为功率开关开路。也有半导体开关元件短路故障，这类故障大多数是由于功率开关的反向击穿所造成，也有可能是并联在开关两端的缓冲电路断路、桥臂的绝缘失效或者控制电路故障引起该开关的驱动指令失灵。此外常见的电路故障还有桥臂两开关元间短路和断路故障，这类故障可能是桥臂上的熔断器熔断，也有可能是连接点断开，当某个功率开关短路的时候，统一桥臂上的另一功率开关没有采取封锁信号导致开通，这就造成了桥臂直通短路，这种故障对电机调速系统危害最大。

另一种常见的危害性比较大的故障是逆变器某相输出开路，这种故障的原因比较好判断，大多是链接点断开或者在串联逆变桥臂和电机间的滤波电感发生了开路失效。这种故障虽然判断起来比较快速和方便，但是危害也是比较大的一类故障。

3.逆变器故障诊断方法 3.1仿真分析法为了描述逆变器的故障模式以及实现系统故障后的迅速修复，通常采用的诊断方法是不正常状态的驱动系统进行仿真分析，这种方法的提出是在1990年，R.Spee等人对系统附加线圈和开关原件断路等故障进行深入的研究室，通过仿真的分析方法，发现当功率半导体开关元件发生故障后，电动机定子相电流波会出现不对称或者失衡、波峰数目减少、输出转矩波形出现周期性的波谷等现象，这些特征都可以用于逆变器故障的诊断。在1992年，科学家有利用数学模型，借助仿真法分析了逆变器感应电机开关元件断路、断路以及缺相的故障下逆变器输出电流、电压、转矩等不正常现象，可以通过这些特征实现逆变器的驱动系统的故障诊断。

3.2神经网络法故障诊断神经网络法使物理上实现器件、系统或者采用计算机来模拟生物体中枢神经网络的某些结构和功能，普遍应用于工程领域。神经网络法的告诉并行处理、分布存储信息等特性符合人类视觉系统的基本工作原则，具有很强的自学习能力，自组织能力和一定的容错率。故障检测只解决了逆变器有没有故障的问题，为了使电机驱动系统在逆变器故障下不严重的情况下可以保证机器仍然正常工作，实现故障分离，明确判断发生故障的元件及其故障状态。人工神经网络诊断法是在现代神经科学研究成果的基础上提出来的，特点是信息的分布存储和并行协同处理，适用于解决故障诊断这类多变量非线性的问题。诊断过程中将会用到反向传播算法，用样本模式作为输入信息训练网络，通过输出电压波形分析发生故障区，或者单个的故障元件，从而实现元件的断路是的故障检测和分离。

3.3电流功率法这种诊断方法也常见于三相电压源型逆变器的故障诊断中，是通过测量绕组或者母线的电流，通过坐标转换、信号处理或者模糊辨识等技术诊断方法来定位故障，提出合理的维修方案。电流功率法又细分为很多内容，比如电流适量轨迹斜率法、电流矢量瞬时频率法、归一化直流法、负载电流分析法等，根据具体出现的问题选择具体的分析方法。

3.4专家系统法专家系统可以为三相电压源型逆变器故障的诊断提供丰富的知识库，当前专家系统的构成主要是根据以往的故障和维修经验，列出逆变器所有可能出现的故障以及现象，归纳成规则，将这些规则输入系统。在出现故障的时候，诊断人员可根据故障现象，在专家系统里输入问题，通过人机对话的方式，根据专家系统提出的问题，进行回答，专家系统根据这些信息来确定故障位置以及产生的原因，专家系统法可以快速准确的确定故障类型，在故障诊断的智能化上迈进了一步，解放人力，提高故障诊断的效率和准确度。但是也有一些不足支出，当前的条件下，专家系统的知识库还不完备，系统只能对系统内所存储的问题来进行解答，一些没有见过的错误，或者类似的错误不能灵活变通，无法提供诊断建议。

4.小结

基于近些年来三相电压源型逆变器越来越多的被用在电机驱动和电能变换的领域，逆变器供电的调速系统已经成为工业企业的重要衡量标准，随着使用量的增加，三相电压源型逆变器故障问题也随之而来，这类故障如果不能及时修复会导致系统瘫痪，给工业生产带来极大损失。三相电压源型逆变器的故障诊断和维修技术应当不断提升，为工业企业的正常运转提供保障。参考文献：

［1］汤清泉，颜世超，卢松升.三电平逆变器的功率管开路故障诊断［J］.中国电机工程学报，2008，28（21）:26－32.

［2］王江,胡龙根,赵忠堂.基于观测器的方法在三相逆变器故障诊断中的应用[J].电源技术应用,2001,(第6期).

［3］宋俊生,崔博文.三相逆变器的故障诊断与容错技术研究[J].船电技术,2012,(第1期).

［4］王志远,张杰,王雨琦,宋文胜,葛兴来.基于三相电流检测的逆变器开路故障诊断及容错方案研究[J].机车电传动,2014,(02):105-109.