電力電子故障診斷

張雅丹

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，人們的生活水平正在不斷地提高。如今，電力電子技術(shù)正在廣泛的影響著人們的日常工作與生活。因此，研究電力電子電路故障有重要意義。一般情況下，電子電力電路中的電子器在高壓環(huán)境下負(fù)載能力小，受損速度快，很難預(yù)測受損時(shí)間，診斷電子電路的故障。粒子群優(yōu)化算法的提出不但為電路故障診斷提供了方法，也準(zhǔn)確的判斷了電路中各粒子的速度和空間位置。文章將根據(jù)實(shí)際的使用情況，論述電力電子電路的故障原理，診斷方法，可靠性的分析及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力電子電路；故障診斷

前言

在科技高速發(fā)展的時(shí)代背景下，故障診斷受到越來越多人的重視。在電力電子電路領(lǐng)域里，大多數(shù)的故障都源于功率開關(guān)器件的損害，在這些功率開關(guān)器件中，開路和直通比較常見。電子電路故障診斷和模擬電路、數(shù)字電路的故障有很大的區(qū)別，需要根據(jù)輸出的波形來判斷故障的種類。在故障診斷過程中，故障的提取是重要的環(huán)節(jié)，只有建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃退惴▉砼袛嚯娏﹄娮与娐返墓收?，才能有效提高故障診斷的準(zhǔn)確性，取得理想的效果。

1 電力電子電路系統(tǒng)故障原理

在電力電子系統(tǒng)的故障診斷過程中，需要利用傳感器對電路系統(tǒng)中的故障信號(hào)進(jìn)行采集，與此同時(shí)，再利用故障頻率診斷算法進(jìn)行相應(yīng)的電路系統(tǒng)故障識(shí)別，這樣便可以準(zhǔn)確的判斷出電路系統(tǒng)中是否存在故障。在進(jìn)行計(jì)算過程中，要建立相應(yīng)的計(jì)算模型，測定出電路系統(tǒng)中各故障信號(hào)，并把各信號(hào)反映在一個(gè)集合中。此外，還要測出電路中初始的電流和電壓，及各電路器件的過載能力參數(shù)，在根據(jù)所建立的模型進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。這種新型的診斷方法與傳統(tǒng)的診斷方法相比具有很多優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的電力電子系統(tǒng)中，電力電子器件過載能力較小，其損害速度較快，故障發(fā)生之前很難進(jìn)行極為精準(zhǔn)的預(yù)測。而傳統(tǒng)的故障檢測方法是根據(jù)頻率進(jìn)行檢測的，這樣只能根據(jù)波形對緩變波形進(jìn)行判斷，而對于變化較快的突變性故障很難進(jìn)行識(shí)別。新型的檢測技術(shù)在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行了更新，減少了原有的弊病，也降低了電路故障漏檢的現(xiàn)象，提高了電路診斷的準(zhǔn)確性。

2 電力電子系統(tǒng)的檢測方法

2.1 譜分析檢測方法

在電力電子系統(tǒng)的故障檢測中，最重要的環(huán)節(jié)便是提取故障的特征。在這些方法中，譜分析是常用的信號(hào)處理方式。日常所就按測到的信號(hào)中包括噪音，這就使故障信號(hào)形成時(shí)受到了相應(yīng)的干擾，不能夠準(zhǔn)確的反映出故障的特征。電力電子電路系統(tǒng)中所包含的故障信息具有一定的周期性，可以利用傅里葉變換等計(jì)算公式進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，把故障波形變化到頻域。這樣，就能夠突出故障的特征，分析其特點(diǎn)，進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷。除此之外，也可以利用沃爾什變化將函數(shù)進(jìn)行分解，并將其過濾成數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)行相應(yīng)的處理統(tǒng)計(jì)。該種方法，可以直接利用觀測所得的資料進(jìn)行分析，并通過運(yùn)算改變一些濾波器的參數(shù)，使它能夠適應(yīng)濾波器的性能，并且自動(dòng)跟蹤信號(hào)的特性變化。這種方法不但可以根據(jù)實(shí)際的情況抵消噪音，增強(qiáng)譜線，也提高了診斷的準(zhǔn)確性。

2.2 參數(shù)模型的應(yīng)用

參數(shù)模型的建立以大量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在測量中，以較少的的測量點(diǎn)估計(jì)電力電路系統(tǒng)的狀態(tài)與參數(shù)，并判斷各狀態(tài)變量和系統(tǒng)參量的變化范圍。濾波器將部件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器的故障輸出方向固定在特定的方向或平面上。與此同時(shí)，再通過檢測系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測，通過狀態(tài)變化分析其系統(tǒng)參數(shù)變化，進(jìn)而對故障進(jìn)行診斷。在狀態(tài)估計(jì)過程中，需要借助觀測器或是濾波器進(jìn)行輸出重構(gòu)，并取得其輸出的估計(jì)值，它會(huì)與實(shí)際的估計(jì)值產(chǎn)生一些差值。這個(gè)差值可以有效的反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部信息的變化，再通過最小二乘法進(jìn)行計(jì)算，能夠準(zhǔn)確快速的進(jìn)行故障診斷。

2.3 模式識(shí)別檢測方法

通過分析測定出大量的信息，再通過模式識(shí)別的方法從中抽取反應(yīng)故障特征的信息，并根據(jù)這些信息的屬性，所反映的不同情況對故障進(jìn)行分類。模式識(shí)別不需要事先建立模型，而是根據(jù)樣本的數(shù)學(xué)特征進(jìn)行相應(yīng)的分析。這種方法對于數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，不易求解的問題有很大的意義。同時(shí)，這種方法在工業(yè)系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，研究人員可也根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)出相應(yīng)的特征提取器，減少工作量。

2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)和自歸納可以將故障信號(hào)和故障分類聯(lián)系起來，進(jìn)行相應(yīng)的故障診斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、中間層和輸出層組成，它是單向傳播的多層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中，中間層包括許多層，每一層都接受前一層神經(jīng)元的輸出，但是，這種傳遞過程中沒有反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，不能夠進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)。這種方法在使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)實(shí)際輸出與期望輸出的差值，通過這個(gè)差值進(jìn)行相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)，減少這種方法所出現(xiàn)的誤差。當(dāng)電力電子電路系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以建立出故障波形和故障原因的關(guān)系，再把這種關(guān)系通過電流或電壓的波形變化反映出來，進(jìn)而進(jìn)行分析與診斷。

2.5 小波變換的檢測方法

當(dāng)電力電子電路系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，每一種突變信號(hào)都對應(yīng)著相應(yīng)的故障，分析這些故障所產(chǎn)生的各種波形、信號(hào)帶，不但可以判斷系統(tǒng)各器件的工作狀態(tài)，也是一種高效地故障檢測方法。一般情況下，正常運(yùn)行的電路系統(tǒng)的信號(hào)是平穩(wěn)的，而發(fā)生故障的電路系統(tǒng)的信號(hào)會(huì)出現(xiàn)一定的變動(dòng)性，小波變換法可以對這些具有一定變化的非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行局部分析，快速、準(zhǔn)確、有效地識(shí)別出故障信號(hào)，為我國的電力電子電路系統(tǒng)的診斷提供了有力手段。

3 故障診斷的可靠性分析

故障診斷的可靠性分析就是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，對產(chǎn)品的各器件單元進(jìn)行各種故障檢測，并分析其對產(chǎn)品功能的影響，與此同時(shí)，對潛在的故障進(jìn)行排除與改進(jìn)，提高產(chǎn)品的可靠性。分析的對象有故障模式分析、故障原因分析、故障影響分析、故障檢測方法分析等。其中，故障模式分析是指對產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，分析其功能、生產(chǎn)材料、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備等方面，并對各細(xì)節(jié)可能產(chǎn)生的故障模式進(jìn)行排除。故障原因分析是指在操作、排除過程中找出產(chǎn)生故障的原因。故障影響分析是指在分析各故障的模式之后，將其產(chǎn)生的影響按嚴(yán)重程度和后果進(jìn)行分類。故障檢測方法分析是在大量地實(shí)踐操作之后，確定是否存在一種特定的方法能夠?qū)σ环N故障模式進(jìn)行相應(yīng)的檢測。在檢測之后，針對每個(gè)故障的具體情況突出相應(yīng)的改進(jìn)措施，為日后的故障檢測與隔離設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

4 電力電子電路系統(tǒng)故障診斷的應(yīng)用

電力電子電路系統(tǒng)故障診斷積累大量的實(shí)際數(shù)據(jù)源和知識(shí)庫，解釋故障發(fā)生的原因，本文將分條介紹這些原因。首先，可能是因?yàn)楣β使軚艠O沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這主要是由供電不足、欠壓保護(hù)等原因造成的，也有可能是柵極管腳焊接不牢引起的。其次，可能是電機(jī)供電不好或是電源短路。引起這一故障的原因有開關(guān)不可控，使同一橋臂兩管發(fā)生直通。此外，還有逆變器與電機(jī)三相母線接口連接不可靠，負(fù)載不對稱，在這種情況下，觀察到的的波形會(huì)出現(xiàn)異常，這會(huì)影響故障檢測。在電力電子系統(tǒng)運(yùn)行過程中，檢測到的電流波形有很多種類，它可以以不同的信號(hào)或參數(shù)反應(yīng)系統(tǒng)的故障特征，這些信息和數(shù)據(jù)有利于構(gòu)成一個(gè)完善、成熟的信息庫，有利于日后檢測工作的開展，也有利于確定失效環(huán)節(jié)，解決所面臨的棘手問題。

5 結(jié)束語

總之，電力電子電路系統(tǒng)故障檢測對電力技術(shù)的使用和普及有重要意義。文章介紹了幾種電力電子電路系統(tǒng)的故障檢測方法，為相關(guān)工作人員日后的工作提供一些理論依據(jù)。但是，一般說來，這些方法并不是單獨(dú)發(fā)揮作用的，工作人員要根據(jù)實(shí)際情況將上述方法結(jié)合起來，這樣才能對故障進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，使這些方法更加合理、可行，為人們帶來更多的價(jià)值。

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