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變頻器的故障診斷方法
【專利摘要】公開了一種變頻器故障診斷方法。所述故障診斷方法包括：檢測變頻器是否處于停機(jī)狀態(tài)，當(dāng)檢測到變頻器停機(jī)時(shí)，控制器逐一啟動(dòng)變頻器的部件，并通過所述變頻器固有的傳感器檢測變頻器部件的運(yùn)行狀態(tài)來判斷相應(yīng)的部件是否發(fā)生故障，并定位故障源。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的變頻器故障診斷方法，利用變頻器固有的控制器及傳感器，通過使變頻器工作于故障診斷模式，并在此過程中逐一啟動(dòng)變頻器的部件，根據(jù)實(shí)際反饋信號與標(biāo)準(zhǔn)反饋信號比較來實(shí)現(xiàn)故障診斷，從而避免了變頻器子系統(tǒng)之間的相互影響，進(jìn)而不僅實(shí)現(xiàn)了變頻器故障診斷，還較好的兼顧了降低成本與提高通用性的要求。
【專利說明】變頻器的故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種變頻器故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]變頻調(diào)速系統(tǒng)通過交流-直流-交流電力電子變換并采用數(shù)字變頻控制方式實(shí)現(xiàn)精確的電機(jī)的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩控制。此種控制方式與傳統(tǒng)的定頻控制方式相比，大大減小了能源消耗。因此，變頻調(diào)速系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的控制領(lǐng)域。
[0003]當(dāng)變頻器中發(fā)生元件失效、電纜連接異常等故障時(shí)，變頻器會停止工作并報(bào)出故障信息。由于變頻器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，單一部件的故障往往會導(dǎo)致變頻器的多個(gè)部件工作異常，從而產(chǎn)生大量的故障信息。例如，一個(gè)部件的故障，會導(dǎo)致與之直接和/或間接相連的部件均報(bào)出故障。大量的故障信息會掩蓋初始故障部件，增大查找故障的困難程度。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中為了檢測故障，主要使用以下兩種故障檢測方式:1)增加額外的傳感器和故障監(jiān)測設(shè)備；2)建立專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫排除錯(cuò)誤的變頻器故障信息。第一種方式，雖然理論上可以較好的實(shí)現(xiàn)故障處理并且可以在變頻器工作過程中同步檢測，但是故障診斷裝置及相關(guān)傳感器與變頻器中的控制器成本基本相當(dāng)，因此其不足是經(jīng)濟(jì)性較差。第二種方式，故障檢測結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，并且變頻器若發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，對應(yīng)信號特征及故障信息邏輯關(guān)系也會發(fā)生改變，需要重新建立分類原則及相關(guān)數(shù)據(jù)庫，方法通用性受到限制。
[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，需要一種簡潔、高效的故障診斷技術(shù)以快速定位故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明構(gòu)思的用于變頻器故障診斷方法提供了基于變頻器固有的控制器及傳感器，逐一運(yùn)行變頻器的每一個(gè)子系統(tǒng)(或部件)并根據(jù)實(shí)際反饋信號與標(biāo)準(zhǔn)反饋信號比較來實(shí)現(xiàn)故障診斷。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的一方面，提供了一種變頻器故障診斷方法。所述變頻器應(yīng)用于電機(jī)-變頻器-電網(wǎng)組成的變頻調(diào)速系統(tǒng)，所述變頻器包括控制所述變頻器的控制器和固有傳感器。所述故障診斷方法包括如下步驟:檢測變頻器是否處于停機(jī)狀態(tài)，當(dāng)檢測到變頻器停機(jī)時(shí)，控制器逐一啟動(dòng)變頻器的部件，并通過所述變頻器固有的傳感器檢測變頻器部件的運(yùn)行狀態(tài)來判斷相應(yīng)的部件是否發(fā)生故障，并定位故障源。
[0008]優(yōu)選地，所述變頻器還包括直流母線、連接在直流母線上的電機(jī)側(cè)變換器和電網(wǎng)側(cè)變換器、連接到電機(jī)側(cè)變換器的電機(jī)側(cè)斷路器、連接到電網(wǎng)側(cè)變換器的電網(wǎng)側(cè)斷路器、與電網(wǎng)側(cè)斷路器并聯(lián)連接的預(yù)充電回路以及直流母線的支撐電容，其中，停機(jī)狀態(tài)表示電機(jī)側(cè)斷路器和電網(wǎng)側(cè)斷路器處于斷開狀態(tài)，電機(jī)側(cè)變換器、電網(wǎng)側(cè)變換器停止工作。
[0009]優(yōu)選地，定位故障源的步驟包括:檢測電網(wǎng)是否發(fā)生故障；若確定電網(wǎng)側(cè)沒有發(fā)生故障，則通過所述預(yù)充電回路對直流母線和支撐電容進(jìn)行預(yù)充電，檢測直流母線和支撐電容是否發(fā)生故障；若確定直流母線和支撐電容沒有發(fā)生故障，則停止所述預(yù)充電回路的預(yù)充電，閉合電網(wǎng)側(cè)斷路器，并檢測電網(wǎng)側(cè)變換器是否發(fā)生故障；若確定電網(wǎng)側(cè)變換器沒有發(fā)生故障，則檢測制動(dòng)單元是否發(fā)生故障，而若確定制動(dòng)單元沒有發(fā)生故障，則檢測電機(jī)側(cè)變換器是否發(fā)生故障。
[0010]優(yōu)選地，檢測電網(wǎng)的狀態(tài)的步驟包括:基于電網(wǎng)的三相電壓的絕對值、電網(wǎng)頻率和電網(wǎng)電動(dòng)勢中的至少一個(gè)檢測電網(wǎng)的狀態(tài)。
[0011]優(yōu)選地，檢測直流母線和支撐電容的狀態(tài)的步驟包括:基于預(yù)充電開始后不同時(shí)間點(diǎn)處的直流母線的電壓值計(jì)算直流母線的電容值，并基于計(jì)算的電容值檢測直流母線和支撐電容的狀態(tài)。
[0012]優(yōu)選地，檢測電網(wǎng)側(cè)變換器狀態(tài)的步驟包括:基于電網(wǎng)側(cè)變換器工作時(shí)的特征參數(shù)檢測電網(wǎng)側(cè)變換器的狀態(tài)。
[0013]優(yōu)選地，檢測制動(dòng)單元的狀態(tài)的步驟包括:向制動(dòng)單元施加脈沖PWM信號，并基于制動(dòng)單元對于所述PWM信號的響應(yīng)檢測制動(dòng)單元的狀態(tài)。
[0014]優(yōu)選地，檢測檢測電機(jī)側(cè)變換器狀態(tài)的步驟包括:向電機(jī)側(cè)變換器施加脈沖PWM信號，并基于響應(yīng)于所述PWM信號而流過電機(jī)側(cè)變換器的電流來檢測電機(jī)側(cè)變換器的狀態(tài)。
[0015]優(yōu)選地，所述故障診斷方法還可包括步驟:顯示和記錄檢測的結(jié)果。
[0016]優(yōu)選地，所述的變頻器的電機(jī)側(cè)變換器與電網(wǎng)側(cè)變換器為采用全控型功率器件組成的交流一直流電力電子變換電路，所述全控型功率器件包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、集成門極換流晶閘管(IGCT)、門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)，而所述電力電子變換電路包括兩電平全橋、二極管鉗位型三電平全橋、飛跨電容型三電平全橋。
[0017]優(yōu)選地，，所述變頻器的變換器與電機(jī)組成變頻調(diào)速系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)包括永磁同步電機(jī)、電勵(lì)磁同步電機(jī)、鼠籠式異步電機(jī)、繞線式異步電機(jī)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的變頻器故障診斷方法，利用變頻器固有的控制器及傳感器，通過使變頻器工作于故障診斷模式，并在此過程中逐一啟動(dòng)變頻器的部件，根據(jù)實(shí)際反饋信號與標(biāo)準(zhǔn)反饋信號比較來實(shí)現(xiàn)故障診斷，從而避免了變頻器子系統(tǒng)之間的相互影響，進(jìn)而不僅實(shí)現(xiàn)了變頻器故障診斷，還較好的兼顧了降低成本與提高通用性的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]通過下面結(jié)合附圖對實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將會變得清楚和更易于理解。
[0020]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的變頻調(diào)速系統(tǒng)示意圖。
[0021]圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變頻器故障診斷方法的流程圖。
[0022]圖3是靜態(tài)時(shí)電機(jī)的等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)在對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標(biāo)號始終表示相同部件。下面通過參照附圖對實(shí)施例進(jìn)行描述以解釋本發(fā)明。[0024]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的變頻器故障診斷方法，利用變頻器固有的控制器及傳感器，通過使變頻器工作于故障診斷模式，并在此過程中逐一啟動(dòng)變頻器的部件，根據(jù)實(shí)際反饋信號與標(biāo)準(zhǔn)反饋信號比較來實(shí)現(xiàn)故障診斷，從而避免了變頻器子系統(tǒng)之間的相互影響，進(jìn)而不僅實(shí)現(xiàn)了變頻器故障診斷，還較好的兼顧了降低成本與提高通用性的要求。
[0025]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的故障診斷模式是一種變頻器的特殊運(yùn)行狀態(tài)，其目的是診斷變頻器的故障。變頻器在所述故障診斷模式下，不能進(jìn)行電機(jī)拖動(dòng)等正常工作。換言之，變頻器應(yīng)處于停機(jī)狀態(tài)之后才能進(jìn)入所述故障診斷模式，或者變頻器因故障而自動(dòng)或手動(dòng)地停止了操作。
[0026]另外，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的變頻器故障診斷方法對作為被控對象的電機(jī)沒有具體限定，所述電機(jī)可以是永磁同步電機(jī)、電勵(lì)磁同步電機(jī)、鼠籠式異步電機(jī)、繞線式異步電機(jī)等多種。
[0027]下面，結(jié)合圖1和圖2詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的變頻器及變頻器故障診斷方法。
[0028]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的變頻調(diào)速系統(tǒng)示圖。如圖1所示，變頻器100包括電機(jī)側(cè)斷路器102、電機(jī)側(cè)變換器103、直流母線110、制動(dòng)單元104、支撐電容105、電網(wǎng)側(cè)變換器106、濾波器107、預(yù)充電回路108、電網(wǎng)側(cè)斷路器109和控制器120。
[0029]如圖1所示，電機(jī)側(cè)變換器103和電網(wǎng)側(cè)變換器106連接到直流母線110。電機(jī)側(cè)變換器103和電網(wǎng)側(cè)變換器106包含使用全控型功率器件的三相橋式結(jié)構(gòu)。電機(jī)側(cè)變換器103通過電機(jī)側(cè)斷路器102連接到電機(jī)200的交流引出線101上。連接在直流母線110之間的制動(dòng)單元104通過消耗多余能量防止直流母線110的電壓過高。連接在直流母線110之間的支撐電容105用于減小直流母線110的電壓波動(dòng)。此外，與電網(wǎng)側(cè)斷路器109并聯(lián)連接的預(yù)充電回路108用來限制預(yù)充電過程的充電電流。
[0030]此外，所述變頻器100中的電機(jī)側(cè)變換器103和電網(wǎng)側(cè)變換器106可以是多種結(jié)構(gòu)形式。電機(jī)側(cè)變換器103和電網(wǎng)側(cè)變換器106應(yīng)當(dāng)能夠響應(yīng)控制器120給出的三相脈寬調(diào)制(PWM)輸出，并執(zhí)行器件通/斷操作。滿足此要求的電機(jī)側(cè)變換器103和電網(wǎng)側(cè)變換器106，其功率元件可為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、集成門極換流晶閘管(IGCT)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)等多種全控型器件，電力電子拓?fù)湫问娇蔀閮呻娖饺珮颉⒍O管鉗位型三電平全橋、飛跨電容型三電平全橋等多種形式。
[0031]具有如圖1結(jié)構(gòu)的變頻器故障診斷方式如下:a)控制器120檢測電網(wǎng)300三相電壓，控制器120使用鎖相環(huán)(PLL)算法測量電網(wǎng)頻率與相位，判斷電網(wǎng)300短路、斷路、相序接錯(cuò)等故障；b)閉合預(yù)充電回路108中的預(yù)充電接觸器，檢測直流母線電壓隨時(shí)間變化值，判斷預(yù)充電接觸器工作異常故障及支撐電容105容值異常故障；c)啟動(dòng)電網(wǎng)側(cè)變換器106，根據(jù)直流母線電壓、電網(wǎng)側(cè)變換器106的電流等參數(shù)判斷電網(wǎng)側(cè)全控型功率器件、電網(wǎng)側(cè)功率計(jì)量故障；d)控制器120發(fā)出PWM信號驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元104工作，并檢測流過制動(dòng)單元104的電流，判斷制動(dòng)功率器件故障及制動(dòng)電阻阻值異常故障；e)吸合電機(jī)側(cè)斷路器102，控制器120發(fā)出PMW信號驅(qū)動(dòng)電機(jī)側(cè)變換器103工作，通過檢測電機(jī)交流引出線101的電流，計(jì)算電機(jī)電阻，并判斷電機(jī)側(cè)變換器103的故障，電機(jī)交流引出線101連線故障；f)顯示檢測到的故障，提示用戶處理故障的方法。[0032]下面，結(jié)合圖1和2詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變頻器故障診斷方法，其中，圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變頻器故障診斷方法的流程圖。
[0033]步驟S110，變頻器100進(jìn)入故障診斷模式。
[0034]在故障診斷模式下，變頻器100的所有內(nèi)部部件停止工作，且電機(jī)側(cè)斷路器102和電網(wǎng)側(cè)斷路器109斷開。
[0035]進(jìn)入故障模式之后，控制器120將如步驟S120至S160所示的逐一啟動(dòng)變頻器的各個(gè)部件，以定位故障源。在步驟S120至S160中，若確定故障源，則報(bào)錯(cuò)后退出，否則進(jìn)行到下一步。下面，基于步驟S120至S160描述各個(gè)部件的故障檢測方式。
[0036]步驟S120，檢測電網(wǎng)300是否發(fā)生故障。
[0037]為了便于描述,下面以額定電壓為690V,額定頻率為50Hz的電網(wǎng)為例。檢測電網(wǎng)的三相電壓值，若三相線電壓的絕對值連續(xù)20ms小于額定線電壓峰值的50% (額定電網(wǎng)電壓690V，則額定線電壓峰值的50%為487.9V)，則判定為電網(wǎng)連線故障。
[0038]另外，可使用電力電子領(lǐng)域所公知的鎖相環(huán)(PLL)算法，根據(jù)三相電壓輸入計(jì)算電網(wǎng)頻率以及電網(wǎng)電動(dòng)勢。若電網(wǎng)頻率大于額定頻率的150%或電網(wǎng)頻率小于額定頻率的50%，則判定為電網(wǎng)連線相序連接錯(cuò)誤故障；若電網(wǎng)電動(dòng)勢的絕對值小于電網(wǎng)額定電動(dòng)勢絕對值的90%，或電網(wǎng)電動(dòng)勢的絕對值大于電網(wǎng)額定電動(dòng)勢的110%，則判定為電網(wǎng)電動(dòng)勢異常故障。
[0039]若步驟S120中檢測到電網(wǎng)300未發(fā)生故障，則執(zhí)行步驟S130，吸合預(yù)充電回路108中的預(yù)充電接觸器對支撐電容105進(jìn)行預(yù)充電。通過檢測零時(shí)刻，和預(yù)充電At時(shí)刻的直流母線電壓判斷直流母線110和支撐電容105是否發(fā)生故障
[0040]支撐電容105的電容值計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種變頻器故障診斷方法，所述變頻器應(yīng)用于電機(jī)-變頻器-電網(wǎng)組成的變頻調(diào)速系統(tǒng)，所述變頻器包括控制所述變頻器的控制器和固有傳感器，其特征在于，所述故障診斷方法包括如下步驟: 檢測變頻器是否處于停機(jī)狀態(tài)， 當(dāng)檢測到變頻器停機(jī)時(shí)，控制器逐一啟動(dòng)變頻器的部件，并通過所述變頻器固有的傳感器檢測變頻器部件的運(yùn)行狀態(tài)來判斷相應(yīng)的部件是否發(fā)生故障，并定位故障源。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述變頻器還包括直流母線、連接在直流母線上的電機(jī)側(cè)變換器和電網(wǎng)側(cè)變換器、連接到電機(jī)側(cè)變換器的電機(jī)側(cè)斷路器、連接到電網(wǎng)側(cè)變換器的電網(wǎng)側(cè)斷路器、與電網(wǎng)側(cè)斷路器并聯(lián)連接的預(yù)充電回路以及直流母線的支撐電容， 其中，停機(jī)狀態(tài)表示電機(jī)側(cè)斷路器和電網(wǎng)側(cè)斷路器處于斷開狀態(tài)，電機(jī)側(cè)變換器、電網(wǎng)側(cè)變換器停止工作； 其中，定位故障源的步驟包括: 檢測電網(wǎng)是否發(fā)生故障； 若確定電網(wǎng)側(cè)沒有發(fā)生故障，則通過所述預(yù)充電回路對直流母線和支撐電容進(jìn)行預(yù)充電，檢測直流母線和支撐電容是否發(fā)生故障； 若確定直流母線和支撐電容沒有發(fā)生故障，則停止所述預(yù)充電回路的預(yù)充電，閉合電網(wǎng)側(cè)斷路器，并檢測電網(wǎng)側(cè)變換器是否發(fā)生故障； 若確定電網(wǎng)側(cè)變換器沒有發(fā)生故障，則檢測制動(dòng)單元是否發(fā)生故障， 若確定制動(dòng)單元沒有發(fā)生故障，則檢測電機(jī)側(cè)變換器是否發(fā)生故障。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，檢測電網(wǎng)的狀態(tài)的步驟包括:基于電網(wǎng)的三相電壓的絕對值、電網(wǎng)頻率和電網(wǎng)電動(dòng)勢中的至少一個(gè)檢測電網(wǎng)的狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，檢測直流母線和支撐電容的狀態(tài)的步驟包括: 基于預(yù)充電開始后不同時(shí)間點(diǎn)處的直流母線的電壓值計(jì)算直流母線的電容值，并基于計(jì)算的電容值檢測直流母線和支撐電容的狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，檢測電網(wǎng)側(cè)變換器狀態(tài)的步驟包括: 基于電網(wǎng)側(cè)變換器工作時(shí)的特征參數(shù)檢測電網(wǎng)側(cè)變換器的狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，檢測制動(dòng)單元的狀態(tài)的步驟包括: 向制動(dòng)單元施加脈沖PWM信號，并基于制動(dòng)單元對于所述PWM信號的響應(yīng)檢測制動(dòng)單元的狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，檢測檢測電機(jī)側(cè)變換器狀態(tài)的步驟包括: 向電機(jī)側(cè)變換器施加脈沖PWM信號，并基于響應(yīng)于所述PWM信號而流過電機(jī)側(cè)變換器的電流來檢測電機(jī)側(cè)變換器的狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟:顯示和記錄檢測的結(jié)果。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其中， 所述的變頻器的電機(jī)側(cè)變換器與電網(wǎng)側(cè)變換器為采用全控型功率器件組成的交流一直流電力電子變換電路， 所述全控型功率器件包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極型晶體管、集成門極換流晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管， 所述電力電子變換電路包括兩電平全橋、二極管鉗位型三電平全橋、飛跨電容型三電平全橋。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述變頻器的變換器與電機(jī)組成變頻調(diào)速系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)包括永磁同步電機(jī)、電勵(lì)磁同步電機(jī)、鼠籠式異步電機(jī)、繞線式異步電機(jī)。
【文檔編號】G01R31/00GK103901301SQ201410106428
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】馬樂, 郭銳, 武立國 申請人:北京天誠同創(chuàng)電氣有限公司