T型三电平逆变器开路故障信息提取电路和故障诊断系统的制作方法

本实用新型涉及t型三电平逆变器故障判断领域，特别是一种t型三电平逆变器开路故障信息提取电路和故障诊断系统。

背景技术：

目前，t型三电平逆变器故障诊断主要包括电流法、硬件逻辑法。其中参见图1，电流法通过采样负载电流提取故障特征信息，但是其存在很大的局限性。其一，当负载电流较小时，特征电流信号的信噪比大大减小，容易造成误判；其二，在负载电流的容性成分较大时，其故障诊断特征值会减小到一个很小的值，并会有较大的振荡，容易造成错误诊断；其三，系统在负载急剧变化的时候，其故障诊断特征值会发生振荡，容易造成误判。

参见图2，硬件逻辑法在系统的每一个开关器件上加入电流传感器，通过硬件逻辑电路快速判断故障发生的位置。其最大的局限性在于成本太高。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种t型三电平逆变器开路故障信息提取电路和故障诊断系统，解决故障诊断成本与诊断精度的矛盾。

本实用新型采用如下技术方案：

一种t型三电平逆变器开路故障信息提取电路，其特征在于：包括t型三电平逆变器和故障特征提取模块；故障特征提取模块包括采样电路和调理电路，该采样电路与t型三电平逆变器相连以采样t型三电平逆变器的三相桥臂输出端与直流侧中点之间的电压；该调理电路与采样电路相连对电压信号进行处理以得到低频电压信号。

优选的，所述故障特征提取模块包括有三个所述采样电路；每个所述采样电路包括电压传感器、电阻r11、电阻r21、采样电阻r31和滤波电容c11；该电阻r11和电阻r21的一端与所述t型三电平逆变器的三相桥臂输出端相连，另一端连接电压传感器一输入端，电压传感器的另一输入端连接直流侧中点；电压传感器输出端与采样电阻r31一端、滤波电容c11正极和调理电路相连，采样电阻r31另一端和滤波电容c11负极接地。

优选的，所述故障特征提取模块包括有三个所述调理电路；每个所述调理电路包括偏置电路和滤波电路，该偏置电路与所述采样电路相连以实现信号的偏置；该滤波电路与偏置电路相连以实现信号的低通滤波。

优选的，所述偏置电路包括电阻r41、电阻r51、电阻r61、电容c21和第一运算放大器；该电阻r41一端与采样电路相连，另一端与第一运算放大器的正输入端相连，该第一运输放大器的负输入端与其输出端和电阻r51一端相连；电阻r51另一端连接电阻r61一端和所述滤波电路输入端；电阻r61另一端连接电容c21一端，电容c21另一端接地。

优选的，所述滤波电路包括第二运算放大器、电阻r71、电容c31、二极管d11和二极管d21；该第二运算放大器正输入端连接所述偏置电路输出端，负输入端与其输出端相连；电阻r71一端连接第二运输放大器输出端，另一端连接电容c31正极，电容c31负极接地；二极管d11的负极和二极管d21正极连接电容c31正极且作为低频电压信号输出端，二极管d21负极接地。

一种t型三电平逆变器开路故障诊断系统，包括直流源、负载和控制器；其特征在于：还包括任一项所述的一种t型三电平逆变器开路故障信息提取电路；该直流源与所述t型三电平逆变器相连以供电，负载与所述t型三电平逆变器相连；该控制器与所述故障特征提取模块和所述t型三电平逆变器相连以对低频电压信号进行处理实现故障诊断。

由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过提取桥臂输出端与直流侧中间母线间的电压来提取系统的故障特征，其能够适应系统于不同功率因数以及不同大小负载电流的运行状态，且具备抵抗负载突变影响的能力，具备在不平衡负载运行状态下的准确判断能力。在硬件成本基本不变的情况下，大大提高了故障诊断系统的稳定性和精确性。

附图说明

图1为电流法电路图；

图2为硬件逻辑法电路图

图3为本实用新型电路图；

图4为本实用新型故障特征提取模块电路图；

图5为本实用新型系统模块图；

其中：10、t型三电平逆变器，20、故障特征提取模块，21、采样电路，22、调理电路，30、直流源，40、负载，50、控制器。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

参见图3，一种t型三电平逆变器开路故障信息提取电路，包括t型三电平逆变器10和故障特征提取模块20。参见图4，该故障特征提取模块20包括采样电路21和调理电路22，该采样电路21与t型三电平逆变器10相连以采样t型三电平逆变器10的三相桥臂输出端与直流侧中点之间的电压。其中t型三电平逆变器10由12个igbt、两个直流侧电容c1、c2构成。

故障特征提取模块20包括有三个采样电路21，分别与t型三电平逆变器10的三相桥臂相对应。每个采样电路21包括电压传感器lv25-p、电阻r11、电阻r21、采样电阻r31和滤波电容c11；该电阻r11和电阻r21的一端与t型三电平逆变器10的三相桥臂输出端相连，另一端连接电压传感器一输入端，电压传感器的另一输入端连接直流侧中点；电压传感器输出端与采样电阻r31一端、滤波电容c11正极和调理电路22相连，采样电阻r31另一端和滤波电容c11负极接地。

该采用电路以电压传感器为核心，用于采集t型三电平逆变器10电压信号并将其等比例缩小至-3v至3v。其中，r11与r21为限流电阻，lv25-p为电压传感器，r31为采样电阻，c11为滤波电容，五者组成采样电路21。

故障特征提取模块20包括有三个调理电路22，分别与三个采样电路21一一对应连接，用于对电压信号进行处理以得到低频电压信号。每个调理电路22包括偏置电路和滤波电路，该偏置电路与采样电路21电路相连以实现信号的偏置，即将-3v至3v的前级信号处理成0至3v的信号。该滤波电路与偏置电路相连，实现信号的低通滤波，去除了信号中频率较高的分量，最终得到低频电压信号。

偏置电路包括电阻r41、电阻r51、电阻r61、电容c21和第一运算放大器u11a；该电阻r41一端与采样电路21相连，另一端与第一运算放大器u11a的正输入端相连，该第一运输放大器u11a的负输入端与其输出端和电阻r51一端相连；电阻r51另一端连接电阻r61一端和滤波电路输入端；电阻r61另一端连接电容c21一端，电容c21另一端接地。

滤波电路包括第二运算放大器u11b、电阻r71、电容c31、二极管d11和二极管d21；该第二运算放大器u11b正输入端连接偏置电路输出端，负输入端与其输出端相连；电阻r71一端连接第二运输放大器u11b输出端，另一端连接电容c31正极，电容c31负极接地；二极管d11的负极和二极管d21正极连接电容c31正极且作为低频电压信号输出端，二极管d21负极接地。

该调理电路22以运算放大器tl082为核心，用于对采样电路21得到的信号进行进一步处理以得到能够让控制器50进行读取的电压信号,以供其进行故障分析。

参见图5，本实用新型还提出一种t型三电平逆变器开路故障诊断系统，包括直流源30、负载40、控制器50和上述的t型三电平逆变器10开路故障信息提取电路。该直流源30与t型三电平逆变器10相连以供电，负载40与t型三电平逆变器10相连，该直流源30、t型三相电平逆变器、负载40、控制器50之间为常规连接关系。该控制器50与故障特征提取模块20和t型三电平逆变器10相连以对低频电压信号进行处理实现故障诊断。

该系统实现故障诊断原理如下：t型三电平逆变器10在正常工作状态下，其桥臂输出端与直流侧中点母线的电压经过低通滤波后为马鞍形波，即正弦波加上三次谐波，三相波形对应的矢量轨迹为正圆(三次谐波相互抵消)。当逆变器的开关器件发生开路故障的时候，故障相的低频电压信号发生变化，对应的矢量轨迹同时变化，不同的开关器件发生开路故障时的矢量轨迹形状不一致，对应的轨迹特征值不同，即故障诊断特征值不同，控制器50将提取的低频电压信号进行计算特征值，即可判断出开路故障发生的位置。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。