СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ НЕИСПРАВНОСТИ В СИЛОВОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ МЕТОДОМ ИНТЕГРИРОВАНИЯ ФАЗНОГО ТОКА
METHOD FOR DIAGNOSING MALFUNCTION IN POWER CONVERTER OF SWITCHED RELUCTANCE MOTOR BY METHOD OF PHASE CURRENT INTEGRATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу диагностирования неисправности в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя методом интегрирования фазного тока и, в частности, к способу выявления короткого замыкания и обрыва в цепи главного переключателя многофазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с множественными топологическими структурами.
Уровень техники
Обнаружение и диагностику неисправностей силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя осуществляют, главным образом, методом качественного анализа на основании модели системы. Этот метод, на основе моделирования или экспериментальных данных, обеспечивает анализ и сравнение данных об изменении измеренных величин системы в нормальном и неисправном состояниях, а также позволяет определить остаточную погрешность или характер неисправности для ее локализации в системе с помощью алгоритма выбора решения. В системе, для которой может быть точно создана математическая модель, этот метод используют для глубокого изучения механизма неисправности системы. С его помощью осуществляют не только анализ характерных признаков известных неисправностей, но также проводят анализ рабочих характеристик и диагностику неисправностей, которые никогда ранее не возникали и для которых недостаточно проведения эксперимента, и, таким образом, этот метод является широко распространенным. Вентильно-индукторный двигатель имеет двояковыпуклую конструкцию, а характеристики источника питания носят несинусоидальный характер, отличный от характеристик обычного двигателя с питанием от источника переменного или постоянного тока. Таким образом, локализация неисправности и определение характера неисправности силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя существенно отличаются от таковых для двигателей другого типа. При использовании метода качественного анализа на основе модели системы в диагностировании неисправностей силовых преобразователей вентильно-индукторных двигателей трудность заключается в создании точной математической модели системы вентильно-индукторного двигателя. Диагностика неисправностей без необходимости использования точной математической модели вентильно-индукторного двигателя представляет собой одно из важнейших направлений современных исследований и технического развития систем вентильно-индукторных двигателей.
Раскрытие сущности изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в создании способа диагностирования короткого замыкания и обрыва цепи главного переключателя в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя методом интегрирования фазного тока с целью решения существующих проблем известных технических решений.
В настоящем изобретении предложен способ диагностирования неисправности главного переключателя силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя, согласно которому:
o
измеряют мгновенное значение фазного тока i(t) силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя в исправном состоянии и получают интегральное значение фазного тока в исправном состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, T - период изменения фазного тока, и t - время;
измеряют мгновенное значение текущего фазного тока i(t) силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя и получают интегральное значение фазного тока в текущем состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, Т - период изменения фазного тока, и t - время;
n
n
nO
n
nO
используют соотношение E=S/S между интегральным значением S фазного тока в текущем состоянии в течение одного периода и интегральным значением S фазного тока в исправном состоянии в течение одного периода в качестве характеристического параметра неисправности для диагностирования короткого замыкания или обрыва в цепи главных переключателей силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя;
n
n
nO
если все значения кривой отношения E=S/S равны 1 во всем диапазоне частоты вращения, неисправность главного переключателя силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя отсутствует;
n
n
nO
если значения кривой отношения E=S/S превышают значение 1,2 во всем диапазоне частоты вращения, в главном переключателе силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место короткое замыкание;
n
n
nO
если значения кривой отношения E=S/S равны 0 во всем диапазоне частоты вращения, имеет место обрыв в цепи главного переключателя силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя.
Полезный эффект
o
n
n
nO
n
nO
Настоящее изобретение может использоваться для диагностирования неисправностей главного переключателя многофазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с множественными топологическими структурами. Измеряют мгновенное значение фазного тока i(t) в исправном состоянии, а также мгновенное значение текущего фазного тока i(t) силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя. Рассчитывают соотношение E=S/S между интегральным значением S фазного тока в текущем состоянии в течение одного периода и интегральным значением S фазного тока в исправном состоянии в течение одного периода, которое используют в качестве характеристического параметра неисправности. Диагностируют короткое замыкание и обрыв в цепи главного переключателя силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя, достигая при этом цели настоящего изобретения. Способ диагностирования короткого замыкания и обрыва в цепи главного переключателя силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя не требует дополнительных технических средств, обладает 100% точностью диагностики неисправностей и демонстрирует хорошую техническую применимость.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана топологическая схема главной цепи трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2 показана осциллограмма фазного тока трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями согласно настоящему изобретению при отсутствии неисправности в главном переключателе.
На фиг. 3 показана график зависимости интегральных значений фазного тока во всем диапазоне частоты вращения в течение одного периода согласно настоящему изобретению.
На фиг. 4 показана осциллограмма фазного тока трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями согласно настоящему изобретению при коротком замыкании главного переключателя.
На фиг. 5 показана осциллограмма фазного тока трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями согласно настоящему изобретению при наличии обрыва в цепи главного переключателя.
На фиг. 6 показана топологическая схема главной цепи силового преобразователя трехфазного вентильно-индукторного двигателя с двухходовой обмоткой согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Ниже приведено описание примеров осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Пример 1: На фиг. 1 показана главная цепь трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями. Каждая фаза трехфазного силового преобразователя с двумя переключателями имеет два главных переключателя и два диода обратной цепи. Фаза А, фаза В и фаза С имеют параллельное соединение с анодом "+" и катодом "-" источника питания, при этом один конец фазы А верхнего главного переключателя S1 соединен с анодом "+" источника питания, другой конец верхнего главного переключателя S1 соединен с одним концом обмотки фазы А; один конец нижнего главного переключателя S2 соединен с катодом "-" источника питания, другой конец нижнего главного переключателя S2 соединен с другим концом обмотки фазы А; один конец верхнего диода VD1 обратной цепи соединен с анодом "+" источника питания, другой конец верхнего диода VD1 обратной цепи соединен с другим концом обмотки фазы А; один конец нижнего диода VD2 обратной цепи соединен с катодом "-" источника питания, а другой конец нижнего диода VD2 обратной цепи соединен с одним концом обмотки фазы А. Способ внутреннего соединения фазы В и фазы С аналогичен способу соединения фазы А, поэтому его можно опустить.
Способ диагностирования короткого замыкания и обрыва в цепи главного переключателя силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя состоит в следующем.
o
Сначала измеряют мгновенное значение тока i(t) фазы А трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями в исправном состоянии и получают интегральное значение тока фазы А в исправном состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, Т - период изменения фазного тока, a t - время;
измеряют мгновенное значение текущего тока i(t) фазы А трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями и получают интегральное значение тока фазы А в текущем состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, Т - период изменения фазного тока, a t - время;
n
n
nO
n
nO
Соотношение E=S/S между интегральным значением S тока фазы А в текущем состоянии в течение одного периода и интегральным значением S тока фазы А в исправном состоянии в течение одного периода используют в качестве характеристического параметра неисправности для диагностирования короткого замыкания или обрыва в цепи главных переключателей фазы А силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя.
На фиг. 2 показана форма кривой фазного тока. Если все значения кривой отношения равны 1 во всем диапазоне частоты вращения (фиг. 3), в фазе А силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя отсутствует неисправность главного переключателя.
n
n
nO
Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S превышают значение 1,2 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе А силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место короткое замыкание главного переключателя. На фиг. 4 показана форма кривой фазного тока в этом случае.
n
n
nO
Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S равны 0 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе А силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место обрыв цепи главного переключателя. На фиг. 5 показана форма кривой фазного тока в этом случае.
o
Затем измеряют мгновенное значение тока i(t) фазы В трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями в исправном состоянии и получают интегральное значение тока фазы В в исправном состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, Т - период изменения фазного тока, a t - время.
Измеряют мгновенное значение текущего тока i(t) фазы В трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями и получают интегральное значение тока фазы В в текущем состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, T - период изменения фазного тока, a t - время.
n
n
nO
n
nO
n
n
nO
n
n
nO
Соотношение E=S/S между интегральным значением S тока фазы В в текущем состоянии в течение одного периода и интегральным значением S тока фазы В в исправном состоянии в течение одного периода используют в качестве характеристического параметра неисправности для диагностирования короткого замыкания или обрыва в цепи главных переключателей фазы В силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя. На фиг. 2 показана форма кривой фазного тока. Если все значения кривой отношения равны 1 во всем диапазоне частоты вращения (фиг. 3), в фазе В силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя отсутствует неисправность главных переключателей. Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S превышают значение 1,2 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе В силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место короткое замыкание главных переключателей. На фиг. 4 показана форма кривой фазного тока для этого случая. Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S равны 0 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе В силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место обрыв цепи главных переключателей. На фиг. 5 показана форма кривой фазного тока для этого случая.
o
И, наконец, измеряют мгновенное значение тока i(t) фазы С трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями в исправном состоянии и получают интегральное значение тока фазы С в исправном состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, Т - период изменения фазного тока, a t - время.
Измеряют мгновенное значение текущего тока i(t) фазы С трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двумя переключателями и получают интегральное значение тока фазы С в текущем состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, Т - период изменения фазного тока, a t - время.
n
n
nO
n
nO
Соотношение E=S/S между интегральным значением S тока фазы С в текущем состоянии в течение одного периода и интегральным значением S тока фазы С в исправном состоянии в течение одного периода используют в качестве характеристического параметра неисправности для диагностирования короткого замыкания или обрыва в цепи главных переключателей фазы С силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя.
На фиг. 2 показана форма кривой фазного тока. Если все значения кривой отношения равны 1 во всем диапазоне частоты вращения (фиг. 3), в фазе С силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя отсутствует неисправность главного переключателя.
n
n
nO
Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S превышают значение 1,2 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе С силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место короткое замыкание главного переключателя. На фиг. 4 показана форма кривой фазного тока для этого случая.
n
n
nO
Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S равны 0 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе С силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место обрыв цепи главного переключателя. На фиг. 5 показана форма кривой фазного тока для этого случая.
В случае если главные переключатели двух или более фаз данного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя одновременно имеют короткое замыкание или обрыв цепи, способы выявления неисправностей, определения типа неисправностей и позиционирования неисправной фазы аналогичны рассмотренным выше.
n
n
nO
n
nO
n
n
nO
Для позиционирования неисправной фазы, где имеет место короткое замыкание или обрыв цепи главного переключателя, измеряют фазные токи фаз А, В и С соответственно, получают отношение E=S/S между интегральным значением S фазного тока в текущем состоянии в течение одного периода и интегральным значением S фазного тока в исправном состоянии в течение одного периода, и оценивают значение кривой отношения E=S/S во всем диапазоне частоты вращения (равно 1, превышает значение 1,2 или равно 0).
Пример 2: На фиг. 6 показана главная цепь трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двухходовой обмоткой. Каждая фаза трехфазного силового преобразователя с двухходовой обмоткой имеет один главный переключатель и один диод обратной цепи. Параллельно соединенные фаза А, фаза В и фаза С подключены к аноду "+" и катоду "-" источника питания. Каждая фаза трехфазного силового преобразователя с двухходовой обмоткой имеет две обмотки. Первичная обмотка и вторичная обмотка намотаны параллельно двухжильным проводом, и имеют реверсивную схему подключения точечных контактов. Один конец главного переключателя S1 фазы А соединен с катодом "-" источника питания, второй конец главного переключателя S1 соединен с одним концом первичной обмотки фазы А, другой конец которой подключен к аноду "+" источника питания, один конец диода VD1 обратной цепи соединен с катодом "-" источника питания, а другой его конец подключен к одному концу вторичной обмотки фазы А, другой конец которой подключен к аноду "+" источника питания.
Способ внутреннего соединения фазы В и фазы С аналогичен способу соединения фазы А, поэтому его можно опустить.
Способ диагностирования короткого замыкания и обрыва в цепи главного переключателя силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя состоит в следующем.
o
Сначала измеряют мгновенное значение тока i(t) фазы А трехфазного силового преобразователя с двухходовой обмоткой вентильно-индукторного двигателя в исправном состоянии, и получают интегральное значение тока фазы А в исправном состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, Т - период изменения фазного тока, a t - время.
Измеряют мгновенное значение текущего тока i(t) фазы А трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двухходовой обмоткой и получают интегральное значение тока фазы А в текущем состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, T - период изменения фазного тока, a t - время.
n
n
nO
n
nO
Соотношение E=S/S между интегральным значением S тока фазы А в текущем состоянии в течение одного периода и интегральным значением S тока фазы А в исправном состоянии в течение одного периода используют в качестве характеристического параметра неисправности для диагностирования короткого замыкания или обрыва цепи главного переключателя фазы А силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя.
n
n
nO
На фиг. 2 показана форма кривой фазного тока. Если все значения кривой отношения E=S/S равны 1 во всем диапазоне частоты вращения (фиг. 3), в фазе А силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя отсутствует неисправность главного переключателя.
n
n
nO
Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S превышают значение 1,2 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе А силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место короткое замыкание главного переключателя. На фиг. 4 показана форма кривой фазного тока для этого случая.
n
n
nO
Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S равны 0 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе А силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место обрыв цепи главного переключателя. На фиг. 5 показана форма кривой фазного тока для этого случая.
o
Затем измеряют мгновенное значение тока i(t) фазы В трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двухходовой обмоткой в исправном состоянии и получают интегральное значение тока фазы В в исправном состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, Т - период изменения фазного тока, a t - время.
Измеряют мгновенное значение текущего тока i(t) фазы В трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двухходовой обмоткой и получают интегральное значение тока фазы В в текущем состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, Т - период изменения фазного тока, a t - время.
n
n
nO
n
nO
Соотношение E=S/S между интегральным значением S тока фазы В в текущем состоянии в течение одного периода и интегральным значением S тока фазы В в исправном состоянии в течение одного периода используют в качестве характеристического параметра неисправности для диагностирования короткого замыкания или обрыва в цепи главного переключателя фазы В силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя.
n
n
nO
На фиг. 2 показана форма кривой фазного тока. Если все значения кривой отношения E=S/S равны 1 во всем диапазоне частоты вращения (фиг. 3), в фазе В силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя отсутствует неисправность главного переключателя.
n
n
nO
Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S превышают значение 1,2 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе В силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место короткое замыкание главного переключателя. На фиг. 4 показана форма кривой фазного тока для этого случая.
n
n
nO
Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S равны 0 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе В силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место обрыв цепи главного переключателя. На фиг. 5 показана форма кривой фазного тока для этого случая.
o
И, наконец, измеряют мгновенное значение тока i(t) фазы С трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двухходовой обмоткой в исправном состоянии и получают интегральное значение тока фазы С в исправном состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, T - период изменения фазного тока, a t - время.
Измеряют мгновенное значение текущего тока i(t) фазы С трехфазного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с двухходовой обмоткой и получают интегральное значение тока фазы С в текущем состоянии в течение одного периода посредством операции интегрирования:
где n - частота вращения двигателя, Т - период изменения фазного тока, a t - время.
n
n
nO
n
nO
Соотношение E=S/S между интегральным значением S тока фазы С в текущем состоянии в течение одного периода и интегральным значением S тока фазы С в исправном состоянии в течение одного периода используют в качестве характеристического параметра неисправности для диагностирования короткого замыкания или обрыва в цепи главного переключателя фазы С силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя.
n
n
nO
На фиг. 2 показана форма кривой фазного тока. Если все значения кривой отношения E=S/S равны 1 во всем диапазоне частоты вращения (фиг. 3), в фазе С силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя отсутствует неисправность главного переключателя.
n
n
nO
Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S превышают значение 1,2 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе С силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место короткое замыкание главного переключателя. На фиг. 4 показана форма кривой фазного тока для этого случая.
n
n
nO
Как показано на фиг. 3, если значения кривой отношения E=S/S равны 0 во всем диапазоне частоты вращения, в фазе С силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя имеет место обрыв цепи главного переключателя. На фиг. 5 показана форма кривой фазного тока для этого случая.
В случае если главные переключатели двух или более фаз данного силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя одновременно имеют короткое замыкание или обрыв цепи, способы выявления неисправностей, определения типа неисправности и позиционирования неисправной фазы аналогичны рассмотренным выше.
n
n
nO
n
nO
n
n
nO
Для позиционирования неисправной фазы, где имеет место короткое замыкание или обрыв цепи главного переключателя, измеряют фазные токи фаз А, В и С соответственно, получают отношение E=S/S между интегральным значением S фазного тока в текущем состоянии в течение одного периода и интегральным значением S фазного тока в исправном состоянии в течение одного периода и оценивают значение кривой отношения E=S/S во всем диапазоне частоты вращения (равно 1, превышает значение 1,2 или равно 0).