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      三相SPWM逆變電源的故障診斷及仿真

      2016-12-21 07:21:03侯立業(yè)王艷秋米闊喻琪家
      數(shù)碼世界 2016年12期
      關鍵詞:橋臂三相元件

      侯立業(yè) 王艷秋 米闊 喻琪家

      沈陽工學院信息與控制學院

      三相SPWM逆變電源的故障診斷及仿真

      侯立業(yè) 王艷秋 米闊 喻琪家

      沈陽工學院信息與控制學院

      三相SPWM逆變電源是較復雜的非線性時變系統(tǒng),采用常規(guī)方法對其建模和分析很困難,本文以三相SPWM逆變電源系統(tǒng)為例介紹電力電子裝置的故障診斷方法。

      三相SPWM逆變電源 故障診斷 神經(jīng)網(wǎng)絡

      1 引言

      電力電子裝置故障可分為結(jié)構(gòu)性故障和參數(shù)性故障。結(jié)構(gòu)性故障主要表現(xiàn)為由功率器件的損壞造成主電路結(jié)構(gòu)改變。參數(shù)性故障主要表現(xiàn)為元件參數(shù)的偏移,造成裝置特性嚴重偏離正常特性。

      電力電子裝置通常由功率變換主電路部分和控制部分構(gòu)成。本文以三相SPWM逆變電源系統(tǒng)為例介紹故障診斷方法。

      2 三相SPWM逆變電源系統(tǒng)故障檢測仿真模型

      以三相電壓型逆變電源為例。它主要功能是采用SPWM控制策略將直流電壓變換成交流電壓,調(diào)壓控制器采用數(shù)字式PI控制,實時地調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的幅值,以滿足實際要求。系統(tǒng)主回路選用IGBT作為開關器件,為了減少輸出電壓的諧波,逆變器輸出接有串聯(lián)諧振濾波電路。

      2.1 模型故障分析

      考慮到實用性和系統(tǒng)的復雜性,所建模型的常見故障類型表現(xiàn)為以下幾類:

      (1)任一功率半導體開關元件基極驅(qū)動電路故障;

      (2)任一功率半導體開關元件短路故障;

      (3)任一功率半導體開關元件間歇性斷路故障;

      (4)任一逆變橋臂兩開關元件斷路故障;

      (5)任一逆變橋臂兩開關元件短路故障;

      (6)無源元件失效故障。

      在本論文中我們以功率半導體元件斷路故障為例進行分析,考慮到實際系統(tǒng)運行時出現(xiàn)故障的情況,同時為簡化分析的過程,我們假定最多同時有兩個橋臂發(fā)生故障。這樣可將故障分為五大類:

      第一大類(001):沒有功率半導體IGBT故障,即正常運行。第二大類(010):只有一只IGBT故障;

      第三大類(011):同一橋臂上下兩只IGBT故障;

      第四大類(100):相鄰橋臂交叉兩只IGBT故障;

      第五大類(101):相鄰橋臂正相、反相兩只IGBT故障。

      對故障的大類、小類進行了編碼,用六位編碼X6X5X4X3X2X1,其中Xi=0、1,第4~6位用于大類編碼,第1~3類用于小類編碼。對應于每組特征信號的故障編碼作為神經(jīng)網(wǎng)絡的要求輸出。在上面的分類說明中列出了相應的大類和小類編碼。當神經(jīng)網(wǎng)絡用于故障診斷時,對位1~6的輸出結(jié)果進行四舍五入取整,使其成為0或1,通過這六位代碼可查到對應的故障診斷結(jié)果。

      2.2 模型的MATLAB仿真

      運用MATLAB6.5軟件中的SIMULINK和POWER SYSTEM BLOCKSET構(gòu)建三相SPWM逆變電源系統(tǒng)的電路模型如圖1所示。六路IGBT模塊選用PSB庫的子庫POWER ELECTRONICS中的UNIVERSAL BRIDGE模型,只需把UNIVERSAL BRIDG的屬性POWER ELECTRONIC DEVICE改為IGBT/DIODE即可。

      圖1 三相SPWM逆變電源系統(tǒng)的電路模型

      3 結(jié)論

      三相SPWM逆變電源是較復雜的非線性時變系統(tǒng),采用常規(guī)方法對其建模和分析很困難,因而采用MATLAB仿真軟件,建立三相電壓閉環(huán)控制SPWM逆變電源故障檢測與診斷系統(tǒng)的仿真模型。根據(jù)實用性和系統(tǒng)的復雜性,分析確定系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障類型,用所建立的模型模擬逆變電源開關管開路的各種故障,通過對逆變電源輸出電壓進行Fourier分析,提取有用信息作為神經(jīng)網(wǎng)絡的學習樣本。

      [1]王兆安,黃俊.電力電子技術.上海:機械工業(yè)出版社,2000

      [2]焦李成.神經(jīng)網(wǎng)絡計算.西安:西安電子科技大學出版社,1995

      [3]徐德鴻等.用傅立葉分析法診斷電力電子電路的故障.浙江大學學報,1994(4):666~674

      [4]徐德鴻,馬皓.電力電子裝置故障自動診斷.北京:科學出版社,2001

      侯立業(yè)、米闊、喻琪家:沈陽工學院信息與控制學院自動化專業(yè)學生。

      王艷秋(通訊作者)1955年10月出生,女,漢族,遼寧人,沈陽工學院教授,博士,研究方向:智能控制理論及應用。

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