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基于电压矩形的单相PWM逆变器开关管短路故障诊断技术研究

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  • 更新日期:2020-06-03 09:25
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详细介绍
针对电压源型单相PWM逆变器开关管短路故障,本文提出了一种基于电压矩形的新颖故障检测方法。相比于常规的故障检测方法需要同时采集相电流,PWM门控信号等信号,而所提出的方法仅需采集逆变器输出电压。在非故障情况下,利用开关状态值的变化构造电压矩形平面。
       在调速系统,新能源电力接口,飞轮能量存储系统,离(并)网PWM逆变器,电动及混合电动汽车能量变换系统等高性能,安全级别高的工业应用场合,电力电子装置扮演着一个重要的角色。电力电子装置的任何故障将导致系统严重的后果。因此,提高电力电子装置的可靠性,成为当前研究的热点之一[1]。
       由于开关器件老化,过载,误操作等原因,电力开关故障率占电力电子装置故障的70%。其中,短路故障是一种最常见的故障[2]。目前,报道开关管故障检测方法的文献有很多,也取得了可喜的成果。故障检测方法需要监控相电流[3-7],相电压[3][5],开关管门控信号[4],电机转矩[5],电机速度[8]以及这些信号的组合等。虽然方法简单,但实际应用中,存在成本高,体积大等不足。更为担心的是,过多监控器和传感器的使用,会明显增加系统的故障率。
       文献[7][9]的故障检测时间需要若干个正弦周期(>20ms),而目前制造生产的开关管(IGBT,MOSFETs)仅能短时间内忍耐2-10倍的工作电流。大工作电流在短时间内会使器件本体温度快速升高,可能损坏开关器件。因此,提高检测时间是避免电力器件故障的有效方法。
基于以上分析,本文提出了一种基于电压矩形的快速故障检测方法。因为仅仅分析开关信号,所以所提出的故障检测方法明显快于传统的方法,故障检测时间小于一个载波周期。
 
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