变频器IGBT开路故障诊断方法

  在变频器−电机构成的控制系统中任何一个功能单元、任何一个元器件发生故障都是可能的，但变频器部分发生故障的几率要远远高于电机。而在变频器中，逆变桥 IGBT 的开路和短路故障又占了相当大的比重。所以针对上述故障的诊断方法是高故障容限变频器研究的热点问题。 IGBT的短路故障已有成熟的方案，即通过硬件电路检测 IGBT 的 D-S压降，可以准确判别故障管。IGBT 开路故障也时有发生，一方面是由于过流烧毁，导致开路，另一方面是由于接线不良、驱动断线等原因导致的驱动信号开路。相对于短路故障而言，开路故障发生后往往电机还能够继续运行，所以不易被发现，但其危害较大，因为在此情况下其余 IGBT将流过更大的电流，易发生过流故障；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，会引发更大的事故。检测出某 IGBT 开路后，才可以采用桥臂冗余、四开关等方式继续安全容错运行。归纳国内外学者在IGBT 开路故障诊断方法上所展开的研究，主要有专家系统法、电流检测法和电压检测法三种。专家系统法基于经验积累，将可能发生的故障一一列出，归纳出规律并建立知识库，当发生故障的时候只需要观测故障现象，查询知识库即可判断故障类型，难点在于难以穷尽所有的故障现象并得到完备的故障知识库，而有些故障模态往往与变频器正常运行时的某种状态时非常相似，造成了难以准确匹配故障。电压检测法通过考察变频器故障时电机相电压、电机线电压或电机中性点电压与正常时的偏差来诊断故障。只需要四分之一基波周期便能检测出故障，大大缩短了诊断时间， 只是这种方法需要增加电压传感器， 通用性差。电流检测法最为常用，其又派生出平均电流 Park 矢量法、单电流传感器法和电流斜率法等，平均电流 Park 矢量法以 Coimbra 大学的 J.A.ACaseiro 教授发表的几篇文章为代表。该方法在α β − 坐标系下进行，通过 3-2变换得到Iα和Iβ, 在一个电流周期内求其平均值，根据平均值求得平均电流 Park矢量。 故障出现时 Park 矢量将不为零，通过判断其幅值和相位确定哪只 IGBT 出现故障。平均电流 Park 矢量法的缺点在于其对负载敏感， 负载不同情况下，Park 矢量电流大小不同，会造成评 价故障的标准不统一。电流矢量斜率法根据故障前后定子电流矢量轨迹斜率的不同来诊断故障，缺点在于该方法极易受到干扰而导致误判。