无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制

使用维护无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制

张轩磊

（哈尔滨船科控制技术有限公司，黑龙江哈尔滨150000）

摘要:主要分析了无刷直流电机驱动系统运行中常

见故障类型，重点介绍了故障诊断方法及容错控制策

略。通过对无刷直流电机驱动系统常见故障及容错控

制策略进行分析，为系统妥全运行提供保证，并实现经

济与社会效益的最大化。

关键词:无刷直流电机驱动系统;故障诊断；容错控制策略

1无刷直流电机驱动系统常见故障类型

通过对无刷直流电机驱动系统进行分析可以发现，其

常见故障类型可以主要包括12类：交流电源对地短路故障、整流二极管短路故障、整流二极管开路故障、直流母线

接地故障、直流母线电容短路故障、功率开关管无驱动信号

故障、功率开关管开路故障、功率开关管短路故障、逆变器单相桥臂短路故障、电机单相开路故障、电机两相短路故障、电机单相接地故障。通过分析可知，不同故障类型反映了故障的不同位置。

对于无刷直流电机驱动系统而言，其运行过程中常见的故障类型是逆变器功率开关管的通断，进而对系统运行的可靠性产生不利影响。因此，要做好无刷直流电机驱动系统故障的分析和诊断工作，并在此基础上提出有效的容错控制策略。

2无刷直流电机驱动系统故障诊断流程

在对无刷直流电机驱动系统中常见故障进行诊断时,一般可以通过对母线电流数值进行检测，通过査看检测结

果是否为0,来判断不同状态下电路运行中是否出现了故障。实际上，可以借助电流传感器来对系统故障进行检测。

某状态下，如果检测结果的母线电流i L=0时，可以假设令F f I,反之则需要假设玖=0,最后通过对不同状态下的F s 值进行分析后来创建故障诊断表。

在无刷直流电机驱动系统运行过程中，虽然某开关管发

生故障，电流受到电感和电容等元器件作用,不会马上降为

0,此时为了确保电压稳定，则需要提前设置电流判定阈值L,其计算公式为:i t=gi refo式中,i心为电流环给定电流,需要将g控制在0〜0.5范围内。同时对任意工作状态下,借助相关方法来检测母线电流幅值,并査看是否满足I iJ

Ci'

C2==Un

图1三相四开关容错拓扑

机械角速度。

3无刷直流电机驱动系统故障容错控制策略

3.1三相四开关容错控制策略

当诊断出无刷

直流电机驱动系统

故障后，要立即结合

实际情况采取针对

性的容错控制措施

进行处理，以畤确

保无刷直流电机驱

动系统的正常运行。在传统容错控制模式中,三相四开关容错模式得到了广泛应用,其示意图如图lo

本次研究中,通过对A相桥臂开关管故障进行分析,_旦诊断出故障问题时,要在第一时间隔离故障管所在桥臂,同时把该相桥臂切换至2个串联电容的中点，这样就可以通过2个串联电容的中点来构建电流与各相桥臂间的回路。通常情况下,电机正常运行阶段所采用的逆变拓扑涉及6种开关状态，然而在传统三相四开关容错控制拓扑中，可能会因为某一桥臂不能正常运行，导致只有4个开关管工作。

3.2准Z源网络逆变器容错控制策略

在无刷直流电机驱动系统中，如果在换相时，保持反电动势不变，此时的转矩脉动与转速保持密切的相关性。因此，可以通过调整略电压的方式来保证Ud=4En。如果发现逆变桥出现运行故障时，要检测和定位故障桥臂发生位置，并迅速隔离开故障桥臂，并对与故障桥臂连接的双向晶闸管进彳亍有效控制，使其处于导通状态，而且还需要将准Z源网络在同一时刻切换至三相四开关逆变拓扑的前端，以期实现有效控制MOS管Q的开通与关断。通过该控制策略,既能够实现对母线电压的有效调整,而且还可以保证换向时刻5=4臨，使三相四开关容错葩下所产生的離脉动得到有效抑制。

4结束语

在无刷直流电机驱动系统运行过程中，需要对其中常见的故障进行诊断和分析,并提出有效的容错控制策略，以此来降低故障的发生率，确保无刷直流电机驱动系统的安全、高效运行。

参考文献：

［1］姬淼鑫•无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制①］.

郑州:郑州大学,201&

［2］杨欣荣，蒋林,王嬪林•基于小波变换的无刷宜流电机逆变器故障诊断［J］.电测与仪表,2017,4（5）:75-76.

（收稿日期=2019-06-04）

《湖北农机化》2019年第15期