一种磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断方法与流程

本发明涉及磁悬浮列车技术领域，特别是涉及一种磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断方法。

背景技术：

悬浮斩波器是磁浮列车的重要组成部件，其可以实现磁悬浮列车的稳定悬浮和气隙控制。一节车通常有多个悬浮斩波器(如五转向架的磁悬浮列车一节车二十个悬浮斩波器)。悬浮斩波器的负载是悬浮电磁铁，通过控制悬浮电磁铁的电流来控制悬浮力的大小，从而维持浮悬气隙不变。在磁悬浮列车的运行中，实施可靠的磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断，以确保可靠的现场操作和预防性维护变得越来越重要。传统的悬浮斩波器故障诊断需要专门的监测设备，通过接入检测设备，完成对悬浮斩波器关键部件的故障诊断，但监测设备复杂。

故此，如何研发一种监测简单的磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断方法，成了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种监测简单的磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断方法，无需接入其他设备，通过悬浮斩波器自身控制器发出控制指令，通过读取悬浮斩波器原有的各传感器的数值，并做出相应的判断，实现悬浮斩波器关键器件的故障诊断。

一方面，本发明提供了一种磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断方法，所述悬浮斩波器包括控制器、滤波器、rc预充电电路开关、主回路接触器、预充电电阻、熔断器、直流母线电容、直流母线电压传感器、模数转换器、igbt驱动器、第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第一二极管、第二二极管、第一输出电抗、第二输出电抗、第一输出电流传感器、第二输出电流传感器，电磁铁接口，其中，直流母线电压传感器和模数转换器组成母线电压采样电路，rc预充电电路开关、预充电电阻、熔断器和直流母线电容构成rc充电回路，滤波器通过直流电源输入接口与直流电源连接，直流电源提供直流源电压，控制器发出pwm1及pwm2控制信号，并经igbt驱动器后分别接入第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管，所述电磁铁接口与电磁铁连接，其特征在于，所述磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断方法包括以下步骤：

s1、rc充电回路诊断：控制器发出指令，接通rc充电回路，根据设定的充电时间，通过直流母线电容读取母线电压值，并比较直流源电压值与母线电压值之间的差值与设定的一定直流源电压值的大小，依次进行母线电压采样电路、预充电电阻以及直流母线电容的故障诊断；

s2、主回路接触器和熔断器故障诊断：若rc充电回路能够正常工作，采样的母线电压值等于直流源电压值，rc预充电电路开关闭合，rc充电回路工作，在设定的时间内rc充电回路充电完成后，控制器发出指令闭合主回路接触器，断开预充电电阻，间隔一定时间对母线电压值多次采样进行读取，如果母线电压值的多次采样值，呈现递减趋势，则表明主回路接触器或者是熔断器损坏；

s3、第一输出电流传感器、第二输出电流传感器故障诊断：通过对比第一输出电流传感器及第二输出电流传感器两个电流采样值大小，将第一输出电流传感器和第二输出电流传感器的差值与设定的阈值进行比较，则判定第一输出电流传感器和第二输出电流传感器故障；

s4、第一输出电抗、第二输出电抗及电磁铁故障诊断：在主回路接触器、熔断器、第一输出电流传感器、第二输出电流传感器正常情况下，采用直流电源给悬浮斩波器供电，控制器控制输出pwm1信号和pwm2信号，运行一段时间后，读取第二输出电流传感器的电流值，将读取的电流值与理论电流值进行比较，进而判断第一输出电抗、第二输出电抗及电磁铁是否故障；

s5、第一二极管、第二二极管故障诊断：控制器控制输出pwm1控制信号，保证第一绝缘栅双极型晶体管处于开关状态，第二绝缘栅双极型晶体管处于截止状态，根据控制器是否监测到igbt驱动器的状态输出信号，进而判断第一二极管是否出现故障；控制器控制输出pwm2控制信号，保证第二绝缘栅双极型晶体管处于开关状态，第一绝缘栅双极型晶体管处于截止状态，根据控制器是否监测到igbt驱动器的状态输出信号，进而判断判断第二二极管是否出现短路故障；

s6、第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管故障诊断：在主回路接触器、熔断器、第一输出电流传感器、第二输出电流传感器正常情况下，控制器通过控制输出的pwm1及pwm2信号，保证第一绝缘栅双极型晶体管处于导通状态，读取第二输出电流传感器的电流值，将其与预设的电流阈值比较，进而判断其是否发生故障；控制器通过控制输出的pwm1及pwm2信号，保证第二绝缘栅双极型晶体管处于导通状态，读取第二输出电流传感器的电流值，将其与预设的电流阈值比较，进而判断其是否发生故障。

进一步地，所述步骤s1具体分为以下步骤：

s11、控制器发出指令，接通rc充电回路，在10rc充电时间时，通过直流母线电容读取母线电压值，若直流源电压值与母线电压值的差值小于5％*直流源电压值，则判断母线电压采样电路正常，否则判定母线电压采样电路异常；

s12、断开rc充电回路，等待母线电压值为0，控制器发出指令，接通rc充电回路，在3rc充电时间时，读取母线电压值，若母线电压值小于0.95*直流源电压值，且(0.95*直流源电压值-母线电压值)>5％*0.95*直流源电压，则重新断开rc充电回路，等待母线电压值为0，控制器发出指令，接通rc充电回路，在5rc充电时间时，读取母线电压的值，母线电压值小于0.99*直流源电压值，且(0.99*直流源电压值-母线电压值)>5％*0.99*直流源电压值，则判断预充电电阻故障；若母线电压值大于0.95*直流源电压值，则进入步骤s13；

s13、判定是否直流母线电容老化导致电容容值减小，从而导致充电时间大大减小，具体表现为：

等待母线电压值为0，接通rc充电回路，等待直流母线电容的电容值到达直流源电压值的0.63、0.86、0.95倍时，分别记录其时间，将记录的时间与0.63倍的直流源电压值，0.86倍的直流源电压值，0.95倍的直流源电压值对应的理论充电时间进行比较，进而判定直流母线电容是否出现老化故障。

进一步地，所述0.63倍的直流源电压值，0.86倍的直流源电压值，0.95倍的直流源电压值对应的理论充电时间分别为rc、2rc、3rc，若记录的时间比理论计算值小20％，则判定直流母线电容出现老化故障。

进一步地，所述步骤s2具体表现为：若rc充电回路能够正常工作，母线电压值等于直流源电压值，rc预充电电路开关闭合，rc充电回路工作，在5rc充电回路充电完成后，控制器发出指令闭合主回路接触器，断开预充电电阻，间隔3秒对母线电压值3次采样进行读取，如果母线电压值的3次采样值，呈现递减趋势，则表明主回路接触器或者是熔断器损坏。

进一步地，所述步骤s3中若第一输出电流传感器和第二输出电流传感器的差值超过5％，则判定第一输出电流传感器和第二输出电流传感器故障。

进一步地，步骤s4中控制器具体输出占空比60％的pwm1控制信号，占空比80％的pwm2控制信号，运行一段时间后，读取第二输出电流传感器的电流值，理论电流值等于(2*占空比-1)*母线电压值/电磁铁阻值，如果读取的电流值与理论电流值相差10％，则判定第一输出电抗、第二输出电抗及电磁铁中至少一个故障。

进一步地，所述步骤s5具体表现为：控制器输出一个占空比10％的pwm1控制信号，控制第一绝缘栅双极型晶体管处于开关状态，此时pwm2保持低电平，保证第二绝缘栅双极型晶体管处于截止状态，如果控制器监测到igbt驱动器的状态输出信号，则判断第一二极管出现了短路故障；控制器输出一个占空比10％的pwm2控制信号，控制第二绝缘栅双极型晶体管处于开关状态，此时pwm1保持低电平，保证第一绝缘栅双极型晶体管处于截止状态，如果控制器监测到驱动器的状态输出信号，则判断第二二极管出现了短路故障。

进一步地，所述步骤s6具体表现为：

主回路接触器、熔断器、第一输出电流传感器、第二输出电流传感器正常情况下，控制器输出一个常开的pwm1控制信号，控制第一绝缘栅双极型晶体管处于导通状态，此时pwm2保持低电平，保证第二绝缘栅双极型晶体管处于截止状态，读取第二输出电流传感器的电流值，如果电流值不为0，则第二绝缘栅双极型晶体管发生短路故障；

控制器输出一个常开的pwm2控制信号，保证第二绝缘栅双极型晶体管处于导通状态，此时pwm1保持低电平，保证第一绝缘栅双极型晶体管处于截止状态，读取第二输出电流传感器的电流值，如果电流值不为0，则判定第一绝缘栅双极型晶体管发生短路故障；

控制器输出一个常高的pwm1控制信号，控制第一绝缘栅双极型晶体管处于导通状态，此时控制器再输出一个占空比60％的pwm2控制信号，读取第二输出电流传感器的电流值的电流值，如果电流值为0，则第二绝缘栅双极型晶体管发生断路故障；

控制器输出一个常高的pwm2控制信号，控制第二绝缘栅双极型晶体管处于导通状态，此时控制器再输出一个占空比60％的pwm1控制信号，读取第二输出电流传感器的电流值的电流值，如果电流值为0，则第一绝缘栅双极型晶体管发生断路故障。

本发明提供的磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断方法，相比现有技术，在不增加传感器和附加设备的前提下，通过悬浮斩波器自身控制器发出控制指令，并读取斩波器原有的各传感器的数值，进而做出相应的判断，依次实现斩波器关键器件的故障诊断，具有监测简单，方便高效的优点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的悬浮斩波器的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的rc充电回路诊断的流程图。

其中：直流电源-v、rc预充电电路开关-k1、主回路接触器-k2、预充电电阻-r1、熔断器-fu1、直流母线电容-c1、直流母线电压传感器-vo1、第一绝缘栅双极型晶体管-igbt1、第二绝缘栅双极型晶体管-igbt2、第一二极管-d1、第二二极管-d2、第一输出电抗-l1、第二输出电抗-l2、第一输出电流传感器-cu1、第二输出电流传感器-cu2，电磁铁接口-p2。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。在阐述本发明一种磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断方法的技术方案之前，特对以下名词作出解释：

pwm(pulsewidthmodulation)，脉冲宽度调制；

igbt(insulatedgatebipolartransistor)，绝缘栅双极型晶体管。

为更好理解本发明，首先阐述悬浮斩波器的基本结构。图1即为悬浮斩波器的结构图。如图1所示，悬浮斩波器包括控制器、滤波器、rc预充电电路开关k1、主回路接触器k2、预充电电阻r1、熔断器fu1、直流母线电容c1、直流母线电压传感器vo1、模数转换器、igbt驱动器、第一绝缘栅双极型晶体管igbt1、第二绝缘栅双极型晶体管igbt2、第一二极管d1、第二二极管d2、第一输出电抗l1、第二输出电抗l2、第一输出电流传感器cu1、第二输出电流传感器cu2，电磁铁接口p2，其中，直流母线电压传感器和模数转换器组成母线电压采样电路，rc预充电电路开关k1、预充电电阻r1、熔断器fu1和直流母线电容c1构成rc充电回路，滤波器通过直流电源输入接口p1与直流电源v连接，直流电源v提供直流源电压，控制器发出pwm1及pwm2控制信号，并经igbt驱动器后分别接入第一绝缘栅双极型晶体管igbt1、第二绝缘栅双极型晶体管igbt2，即pwm1为igbt1控制信号，pwm2为igbt2控制信号，电磁铁接口p2与电磁铁连接。

参见图2和图3，本发明实施例提供一种磁悬浮列车悬浮斩波器故障诊断方法，具体包括以下步骤：

(1)rc充电回路诊断：

控制器发出指令，接通rc充电回路，在10rc充电时间时，通过直流母线电容c1读取母线电压值，若直流源电压值与母线电压值的差值小于5％*直流源电压值，则判断母线电压采样电路正常，否则判定母线电压采样电路异常；需要说明的是，本发明rc充电回路中预充电电阻r的单位是欧姆，直流母线电容c的单位是法拉，时间单位是秒；

断开rc充电回路，等待母线电压值为0，控制器发出指令，接通rc充电回路，在3rc充电时间时，读取母线电压值，若母线电压值小于0.95*直流源电压值，且(0.95*直流源电压值-母线电压值)>5％*0.95*直流源电压，则重新断开rc充电回路，等待母线电压值为0，控制器发出指令，接通rc充电回路，在5rc充电时间时，读取母线电压的值，母线电压值小于0.99*直流源电压值，且(0.99*直流源电压值-母线电压值)>5％*0.99*直流源电压值，则判断预充电电阻r1故障；

若母线电压值大于0.95*直流源电压值，此时就需要判定是否直流母线电容c1老化导致电容容值减小，从而导致充电时间大大减小，具体表现为：

等待母线电压值为0，接通rc充电回路，等待直流母线电容c1的电容值到达直流源电压值的0.63、0.86、0.95倍时，分别记录其时间(一般通过定时器记录)，将记录的时间与0.63倍的直流源电压值，0.86倍的直流源电压值，0.95倍的直流源电压值对应的理论充电时间进行比较，其中，0.63倍的直流源电压值，0.86倍的直流源电压值，0.95倍的直流源电压值对应的理论充电时间分别为rc、2rc、3rc，若记录的时间比理论计算值小20％，则判定直流母线电容c1出现老化故障。

(2)主回路接触器k2和熔断器fu1故障诊断：

若rc充电回路能够正常工作，采样的母线电压值等于直流源电压值，rc预充电电路开关k1闭合，rc充电回路工作，在5rc充电回路充电完成后，控制器发出指令闭合主回路接触器k2，断开预充电电阻k1，间隔3s对母线电压值多次采样进行读取，如果母线电压值的3次采样值，呈现递减趋势，则表明主回路接触器k2或者是熔断器fu1损坏。

(3)第一输出电流传感器cu1、第二输出电流传感器cu2故障诊断：

通过对比第一输出电流传感器cu1及第二输出电流传感器cu2两个电流采样值大小，若第一输出电流传感器cu1和第二输出电流传感器cu2的差值超过5％，则判定电流传感器故障。

(4)第一输出电抗l1、第二输出电抗l2及电磁铁故障诊断：

在主回路接触器k2、熔断器fu1、第一输出电流传感器cu1、第二输出电流传感器cu2正常情况下，采用直流电源v给悬浮斩波器供电，控制器具体输出占空比60％的pwm1控制信号，占空比80％的pwm2控制信号，运行一段时间后，读取第二输出电流传感器cu2的电流值，理论电流值等于(2*占空比-1)*母线电压值/电磁铁阻值，如果读取的电流值与理论电流值相差10％，则判定第一输出电抗l1、第二输出电抗l2及电磁铁中至少一个故障。

(5)第一二极管d1、第二二极管d2故障诊断：

控制器输出一个占空比10％的pwm1控制信号，控制第一绝缘栅双极型晶体管igbt1处于开关状态，此时pwm2保持低电平，保证第二绝缘栅双极型晶体管igbt2处于截止状态，如果控制器监测到igbt驱动器的状态输出信号，则判断第一二极管d1出现了短路故障；控制器输出一个占空比10％的pwm2控制信号，控制第二绝缘栅双极型晶体管igbt2处于开关状态，此时pwm1保持低电平，保证第一绝缘栅双极型晶体管igbt1处于截止状态，如果控制器监测到igbt驱动器的状态输出信号，则判断第二二极管d2出现了短路故障；

(6)第一绝缘栅双极型晶体管igbt1、第二绝缘栅双极型晶体管igbt2故障诊断：

在主回路接触器k2、熔断器fu1、第一输出电流传感器cu1、第二输出电流传感器cu2正常情况下，控制器输出一个常开的pwm1控制信号，控制第一绝缘栅双极型晶体管igbt1处于导通状态，此时pwm2保持低电平，保证第二绝缘栅双极型晶体管igbt2处于截止状态，读取第二输出电流传感器cu2的电流值，如果电流值不为0，则第二绝缘栅双极型晶体管igbt2发生短路故障；

控制器输出一个常开的pwm2控制信号，保证第二绝缘栅双极型晶体管igbt2处于导通状态，此时pwm1保持低电平，保证第一绝缘栅双极型晶体管igbt1处于截止状态，读取第二输出电流传感器cu2的电流值，如果电流值不为0，则判定第一绝缘栅双极型晶体管igbt1发生短路故障；

控制器输出一个常高的pwm1控制信号，控制第一绝缘栅双极型晶体管igbt1处于导通状态，此时控制器再输出一个占空比60％的pwm2控制信号，读取第二输出电流传感器cu2的电流值的电流值，如果电流值为0，则第二绝缘栅双极型晶体管igbt2发生断路故障；

控制器输出一个常高的pwm2控制信号，控制第二绝缘栅双极型晶体管igbt2处于导通状态，此时控制器再输出一个占空比60％的pwm1控制信号，读取第二输出电流传感器cu2的电流值的电流值，如果电流值为0，则第一绝缘栅双极型晶体管igbt1发生断路故障

综上所述，本发明悬浮斩波器故障诊断包括rc充电回路诊断，主回路接触器k2和熔断器fu1故障诊断，第一输出电流传感器cu1、第二输出电流传感器cu2故障诊断，第一输出电抗l1、第二输出电抗l2及电磁铁故障诊断，第一二极管d1、第二二极管d2故障诊断，第一绝缘栅双极型晶体管igbt1、第二绝缘栅双极型晶体管igbt2故障诊断六类，在不增加传感器和附加设备的前提下，通过悬浮斩波器自身控制器发出控制指令，并读取斩波器原有的各传感器的数值，进而做出相应的判断，依次实现斩波器关键器件的故障诊断，具有监测简单，方便高效的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。