无刷直流电机逆变器单管开路故障的诊断和定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种无刷直流电机逆变器单管开路故障的诊断和定位方法，步骤一、无刷直流电机工作相电压的实时采集及传输；步骤二、判断无刷直流电机工作相所连接的逆变桥臂是否发生了开路故障：步骤201.所述处理器根据公式计算得到j相的理论电压信号Vj理论，步骤202.所述处理器将j相的测量电压信号Vj测量与j相的理论电压信号Vj理论进行比较，并判断无刷直流电机工作相j相所连接的逆变桥臂是否有开路故障发生；步骤三、定位逆变桥臂上发生了开路故障的绝缘栅双极晶体管。本发明方法步骤简单，实现方便，通用性强，可靠性高。
【专利说明】无刷直流电机逆变器单管开路故障的诊断和定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于逆变器【技术领域】，具体涉及一种无刷直流电机逆变器单管开路故障的 诊断和定位方法。
【背景技术】
[0002] 无刷直流电机以其重量轻、体积小、效率高、响应快等优点，得到了广泛应用。在航 空航天和武器系统领域，由于其应用场合的特殊性，安全性与可靠性尤为重要，容错控制成 为研究重点。而故障诊断是容错控制的基础与关键，因此，研究无刷直流电机的故障诊断方 法对提高电机及其驱动系统的可靠性意义重大。
[0003] 现有技术中，有对无刷直流电机功率变换器单管开路故障进行诊断的文献，例如 作者李文琢、房建成和李海涛，在2013年第33期中国电机工程学报上发表的论文《基于 Buck变换器调压的无刷直流电机功率变换器单管开路故障诊断》，通过分析故障模式下电 机的工作状态，使用单电流传感器对直流母线电流进行采样，与电机的6个工作状态相结 合，实现了单管开路故障的检测与识别。也有对无刷直流电机驱动系统逆变器的开路故障 进行诊断的文献，例如作者王强，王友仁，张子富等，在2013年第33期中国电机工程学报上 发表的论文《无刷直流电机驱动系统逆变器的开路故障诊断》，针对上桥臂PWM调制、下桥 臂常开调制方式下的逆变器开路故障，通过分析逆变器在正常工作与开路故障两种状态下 导通相绕组的线电压，综合相邻两个工作模式下的故障状态定位具体的开路开关管。但是， 现有技术中对无刷直流电机逆变器单管开路故障的诊断和定位方法局限于特定的Buck变 换器调压驱动或者上桥臂PWM调制下桥臂常开调制方式，其通用性不强。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无刷直流 电机逆变器单管开路故障的诊断和定位方法，其方法步骤简单，实现方便，通用性强，可靠 性高。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种无刷直流电机逆变器单管 开路故障的诊断和定位方法，所述逆变器包括第一逆变桥臂、第二逆变桥臂和第三逆变桥 臂，所述第一逆变桥臂由串联的第一上桥臂绝缘栅双极晶体管?\和第一下桥臂绝缘栅双极 晶体管Τ 4组成，所述第二逆变桥臂由串联的第二上桥臂绝缘栅双极晶体管Τ3和第二下桥臂 绝缘栅双极晶体管Τ 6组成，所述第三逆变桥臂由串联的第三上桥臂绝缘栅双极晶体管Τ5和 第三下桥臂绝缘栅双极晶体管Τ 2组成，所述无刷直流电机的a相与所述第一逆变桥臂上第 一上桥臂绝缘栅双极晶体管?\和第一下桥臂绝缘栅双极晶体管T 4的连接端相接，所述无刷 直流电机的b相与所述第二逆变桥臂上第二上桥臂绝缘栅双极晶体管Τ3和第二下桥臂绝 缘栅双极晶体管Τ 6的连接端相接，所述无刷直流电机的c相与所述第三逆变桥臂上第三上 桥臂绝缘栅双极晶体管!^和第三下桥臂绝缘栅双极晶体管Τ 2的连接端相接；其特征在于该 方法包括以下步骤：
[0006] 步骤一、无刷直流电机工作相电压的实时采集及传输：电压检测器对无刷直流电 机工作相j相的电压进行实时检测并将所检测到的j相的测量电压信号'?输出给处理 器，所述处理器与电压检测器相接；其中，j的取值为a、b或c ;
【权利要求】
1. 一种无刷直流电机逆变器单管开路故障的诊断和定位方法，所述逆变器包括第一逆 变桥臂、第二逆变桥臂和第三逆变桥臂，所述第一逆变桥臂由串联的第一上桥臂绝缘栅双 极晶体管?\和第一下桥臂绝缘栅双极晶体管T 4组成，所述第二逆变桥臂由串联的第二上桥 臂绝缘栅双极晶体管Τ3和第二下桥臂绝缘栅双极晶体管Τ 6组成，所述第三逆变桥臂由串联 的第三上桥臂绝缘栅双极晶体管Τ5和第三下桥臂绝缘栅双极晶体管Τ 2组成，所述无刷直流 电机的a相与所述第一逆变桥臂上第一上桥臂绝缘栅双极晶体管?\和第一下桥臂绝缘栅 双极晶体管Τ 4的连接端相接，所述无刷直流电机的b相与所述第二逆变桥臂上第二上桥臂 绝缘栅双极晶体管T3和第二下桥臂绝缘栅双极晶体管T 6的连接端相接，所述无刷直流电机 的c相与所述第三逆变桥臂上第三上桥臂绝缘栅双极晶体管Τ5和第三下桥臂绝缘栅双极 晶体管Τ 2的连接端相接；其特征在于该方法包括以下步骤： 步骤一、无刷直流电机工作相电压的实时采集及传输：电压检测器对无刷直流电机工 作相j相的电压进行实时检测并将所检测到的j相的测量电压信号'?输出给处理器，所 述处理器与电压检测器相接；其中，j的取值为a、b或c ; 步骤二、判断无刷直流电机工作相所连接的逆变桥臂是否发生了开路故障，具体过程 为： 步骤201、所述处理器根据公式
_E计算得到j相的理论电压信 号Vjaife ;其中，CH为无刷直流电机工作相j相所连接的逆变桥臂上的上桥臂绝缘栅双极晶 体管的控制信号，且CH的取值为1或0, & = 1为控制无刷直流电机工作相j相所连接的逆 变桥臂上的上桥臂绝缘栅双极晶体管导通，CH = 0为控制无刷直流电机工作相j相所连接 的逆变桥臂上的上桥臂绝缘栅双极晶体管关断
为CH逻辑取反；q为无刷直流电机工 作相j相所连接的逆变桥臂上的下桥臂绝缘栅双极晶体管的控制信号，且Q的取值为1或 0, Q = 1为控制无刷直流电机工作相j相所连接的逆变桥臂上的下桥臂绝缘栅双极晶体管 导通，Q = 0为控制无刷直流电机工作相j相所连接的逆变桥臂上的下桥臂绝缘栅双极晶 体管关断
为Q逻辑取反；SHS无刷直流电机工作相j相所连接的逆变桥臂上的上桥臂 绝缘栅双极晶体管的工作区间信号，且SH的取值为1或0, SH = 1为无刷直流电机工作相j 相所连接的逆变桥臂上的上桥臂绝缘栅双极晶体管工作的120°区间，SH = 0为无刷直流 电机工作相j相所连接的逆变桥臂上的上桥臂绝缘栅双极晶体管不工作的区间为无刷 直流电机工作相j相所连接的逆变桥臂上的下桥臂绝缘栅双极晶体管的工作区间信号，且 &的取值为1或0, & = 1为无刷直流电机工作相j相所连接的逆变桥臂上的下桥臂绝缘 栅双极晶体管工作的120°区间，& = 0为无刷直流电机工作相j相所连接的逆变桥臂上 的下桥臂绝缘栅双极晶体管不工作的区间；E为所述逆变器所连接的直流电源电压； 步骤202、所述处理器将j相的测量电压信号Vj3?与j相的理论电压信号Vjaife进行比 较，当彡ε时，判断为无刷直流电机工作相j相所连接的逆变桥臂无开路故 障发生，返回步骤一；当论|>ε时，判断为无刷直流电机工作相j相所连接的逆 变桥臂发生了开路故障，执行步骤三；其中，ε为电压测量误差； 步骤三、定位逆变桥臂上发生了开路故障的绝缘栅双极晶体管：当第一逆变桥臂发生 了开路故障时，所述处理器根据公式
和公式
计算第一 上桥臂绝缘栅双极晶体管?\的工作状态Fi和第一下桥臂绝缘栅双极晶体管T4的工作状态 F4，并根据匕和F4的计算结果定位第一逆变桥臂上发生了开路故障的绝缘栅双极晶体管； 当匕=1时，判断为第一上桥臂绝缘栅双极晶体管?\发生了开路故障；当F 4 = 1时，判断 为第一下桥臂绝缘栅双极晶体管T4发生了开路故障； 当第二逆变桥臂发生了开路故障时，所述处理器根据公式
公式
计算第二上桥臂绝缘栅双极晶体管Τ3的工作状态F 3和第二下桥臂绝缘 栅双极晶体管T6的工作状态F6，并根据F3和F6的计算结果定位第二逆变桥臂上发生了开 路故障的绝缘栅双极晶体管；当F3 = 1时，判断为第二上桥臂绝缘栅双极晶体管T3发生了 开路故障；当F6 = 1时，判断为第二下桥臂绝缘栅双极晶体管Τ6发生了开路故障； 当第三逆变桥臂发生了开路故障时，所述处理器根据公式
：卩公式
计算第三上桥臂绝缘栅双极晶体管Τ5的工作状态F 5和第三下桥臂绝缘 栅双极晶体管T2的工作状态F2，并根据F5和F2的计算结果定位第三逆变桥臂上发生了开 路故障的绝缘栅双极晶体管；当F5 = 1时，判断为第三上桥臂绝缘栅双极晶体管τ5发生了 开路故障；当F2 = 1时，判断为第三下桥臂绝缘栅双极晶体管τ2发生了开路故障； 其中，Ci为绝缘栅双极晶体管Ti的控制信号，且Ci的取值为1或0，Ci = 1为控制绝缘 栅双极晶体管Ti导通，Ci = 0为控制绝缘栅双极晶体管Ti关断；f为Ci逻辑取反；Si为绝 缘栅双极晶体管Ti的工作区间信号，且Si的取值为1或0, Si = 1为绝缘栅双极晶体管Ti 工作的120°区间，Si = 0为绝缘栅双极晶体管Ti不工作的区间；Fim为Ci = 1时绝缘栅双 极晶体管Ti的工作状态，且Fim的取值为1或0, Fim = 1为Ci = 1时绝缘栅双极晶体管Ti 处在开路故障状态，Fim = 0为Ci = 1时绝缘栅双极晶体管Ti处在正常导通状态；i为1? 6的自然数。
2. 按照权利要求1所述的无刷直流电机逆变器单管开路故障的诊断和定位方法，其特 征在于：所述第一上桥臂绝缘栅双极晶体管?\由反并联的绝缘栅双极晶体管％和二极管0 1 组成，所述第一下桥臂绝缘栅双极晶体管Τ4由反并联的绝缘栅双极晶体管Q4和二极管D4组 成，所述第二上桥臂绝缘栅双极晶体管T 3由反并联的绝缘栅双极晶体管Q3和二极管D3组 成，所述第二下桥臂绝缘栅双极晶体管T 6由反并联的绝缘栅双极晶体管Q6和二极管D6组 成，所述第三上桥臂绝缘栅双极晶体管T 5由反并联的绝缘栅双极晶体管Q5和二极管D5组 成，所述第三下桥臂绝缘栅双极晶体管τ 2由反并联的绝缘栅双极晶体管Q2和二极管D2组 成。
3. 按照权利要求1所述的无刷直流电机逆变器单管开路故障的诊断和定位方法，其特 征在于：步骤202中ε的取值为0.5V?IV。
【文档编号】G01R31/02GK104155564SQ201410431375
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】贺虎成 申请人:西安科技大学