Способ выявления неисправности силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя на основе среднеквадратичного отклонения детализирующего коэффициента Российский патент 2017 года по МПК G01R31/02 

Настоящее изобретение относится к способу выявления неисправности в виде короткого замыкания на основе среднеквадратичного отклонения детализирующих коэффициентов, в частности к способу выявления неисправности в виде короткого замыкания на основе среднеквадратичного отклонения детализирующих коэффициентов для силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя с любым числом фаз.

Уровень техники

Хотя исследованиям по методам обнаружения и выявления неисправностей для системы вентильно-индукторного двигателя уделяется все большее внимание во всех странах по всему миру, лишь немногочисленные достижения получены вследствие запоздалого начала указанных исследований. Исследования по выявлению неисправности системы вентильно-индукторного двигателя главным образом производятся на основе качественного теоретического анализа или сравнительного анализа показателей работы системы в нормальном состоянии и в неисправном состоянии. Силовой преобразователь является важным элементом системы вентильно-индукторного двигателя и является объектом, подверженным короткому замыканию. Большинство мер для защиты от неисправностей силовых преобразователей предпринимаются все еще на уровне защиты силовых агрегатов от превышения тока, превышения напряжения и перегрева и неэффективны до момента развития неисправности до того уровня, когда она воздействует на характеристики переменных, измеряемых извне; дополнительно, вследствие отличий в структуре и параметрах системы, можно только приблизительно установить порог для защиты от неисправностей, но их вид невозможно определить. Устойчивая нелинейная характеристика и уникальный режим управления самой системы вентильно-индукторного двигателя также создают значительные трудности для исследования системы выявления неисправностей, и обычные способы выявления неисправностей для силовых преобразователей нельзя напрямую применить к силовым преобразователям вентильно-индукторных двигателей.

Раскрытие изобретения

Для решения технических проблем известного уровня техники настоящим изобретением предложен способ выявления неисправности в виде короткого замыкания на основе среднеквадратичного отклонения детализирующих коэффициентов для силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя.

Способ выявления неисправностей на основе среднеквадратичного отклонения детализирующих коэффициентов для силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя в настоящем изобретении включает:

нахождение мгновенного значения фазного тока f(t) в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя; и вычисление среднеквадратичного отклонения σ детализирующих коэффициентов с помощью следующего выражения:

где - действительные значения детализирующих коэффициентов, - средние значения детализирующих коэффициентов, t - переменная от времени, j - уровень разрешения, k - дискретизированное значение сдвига, - комплексное сопряжение к вейвлет-функции φ(2^-jt-k), и R, выполнение преобразования для мгновенного значения фазного тока f(t) следующим образом:

, где - коэффициент масштабирования, и - комплексное сопряжение к функции φ(2^-jt-k) масштаба;

принятие среднеквадратичного отклонения σ детализирующих коэффициентов в качестве характеристического показателя неисправности для выявления наличия неисправности в виде короткого замыкания в главной цепи силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя;

если среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне скорости вращения колеблется между величинами 0,005 и 0,01, или если среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне крутящего момента колеблется около величины 0,005, это указывает на то, что возникла неисправность в виде короткого замыкания в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя.

Положительные результаты: настоящее изобретение применимо для выявления неисправностей в виде короткого замыкания в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя с любыми топологическими структурами и с любым числом фаз. С помощью нахождения мгновенного значения фазного тока в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя вычисляют среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов и принимают в качестве характеристического показателя неисправности, с помощью кривой среднеквадратичного отклонения σ детализирующих коэффициентов фазного тока в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя во всем диапазоне скорости вращения или кривой среднеквадратичного отклонения σ детализирующих коэффициентов фазного тока в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя во всем диапазоне крутящего момента, выявляют неисправность в виде короткого замыкания в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя для решения задачи настоящего изобретения. Способ выявления неисправностей силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя может давать количественную характеристику неисправности, является идеальным для выявления неисправности в виде короткого замыкания, может давать надежное и точное выявление неисправностей и имеет большую ценность в области технического применения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема топологической структуры трехфазного силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя, для которого применяется настоящее изобретение.

На фиг. 2 показан график кривой среднеквадратичного отклонения σ детализирующих коэффициентов трехфазного силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя во всем диапазоне скорости вращения, для которого применяется настоящее изобретение.

На фиг. 3 показан график кривой среднеквадратичного отклонения σ детализирующих коэффициентов трехфазного силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя во всем диапазоне крутящего момента, для которого применяется настоящее изобретение.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение далее подробно описано согласно одному из вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Как показано на фиг. 1, в главной цепи трехфазного силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя каждая фаза в трехфазном силовом преобразователе с двойным переключением имеет два основных переключателя, два шунтирующих диода и фазы А, В и С, соединенные параллельно с положительным полюсом "+" и отрицательный полюсом "-" источника электропитания. При этом один конец верхнего основного переключателя S1 фазы А соединен с положительным полюсом "+" источника электропитания, другой конец верхнего основного переключателя S1 соединен с одним концом обмотки фазы А, один конец нижнего основного переключателя S2 соединен с отрицательным полюсом "-" источника электропитания, другой конец нижнего основного переключателя S2 соединен с другим концом обмотки фазы А, один конец верхнего шунтирующего диода VD1 соединен с положительным полюсом "+" источника электропитания, другой конец верхнего шунтирующего диода VD1 соединен с другим концом обмотки фазы А, один конец нижнего шунтирующего диода VD2 соединен с отрицательным полюсом "-" источника электропитания, и другой конец нижнего шунтирующего диода VD2 соединен с одним концом обмотки фазы А. Внутренние соединения в фазе В и фазе С являются идентичными внутренним соединениям в фазе А, поэтому их описание здесь опущено. Способ выявления неисправностей на основе среднеквадратичного отклонения детализирующих коэффициентов для силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя заключается в следующем:

Вначале находят мгновенное значение фазного тока f(t) фазы А трехфазного силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя и вычисляют среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов с помощью следующего выражения:

,

где - действительные значения детализирующих коэффициентов, - средние значения детализирующих коэффициентов, t - переменная времени, j - уровень разрешения, k - дискретизированное значение сдвига, - комплексное сопряжение к вейвлет-функции φ(2^-jt-k) и R, выполняют преобразование для мгновенного значения фазного тока f(t) следующим образом:

, где - коэффициент масштабирования, и - комплексное сопряжение к функции φ(2^-jt-k) масштаба;

среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов принимается в качестве характеристического показателя неисправности для выявления того, имеется ли неисправность в виде короткого замыкания в главной цепи силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя;

как показано на фиг. 2, если среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне скорости вращения колеблется между величинами 0,005 и 0,01, или, как показано на фиг. 3, если среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне крутящего момента колеблется около величины 0,005, это указывает на то, что возникла неисправность в виде короткого замыкания в фазе А силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя.

Способ обнаружения неисправности, идентификации типа неисправности и определения местоположения неисправной фазы является аналогичным способу для фазы А силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя, когда имеется неисправность в виде короткого замыкания в фазе В трехфазного силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя.

Находят мгновенное значение фазного тока f(t) фазы В в трехфазном силовом преобразователе с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя; и вычисляют среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов с помощью следующего выражения:

,

где - действительные значения детализирующих коэффициентов, - средние значения детализирующих коэффициентов, t - переменная времени, j - уровень разрешения, k - дискретизированное значение сдвига, - комплексное сопряжение к вейвлет-функции φ(2^-jt-k), и R, выполняют преобразование для мгновенного значения фазного тока f(t) следующим образом:

, где - коэффициент масштабирования, и - комплексное сопряжение к функции φ(2^-jt-k) масштаба;

среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов принимается в качестве характеристического показателя неисправности для выявления того, имеется ли неисправность в виде короткого замыкания в главной цепи силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя;

как показано на фиг. 2, если среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне скорости вращения колеблется между величинами 0,005 и 0,01 или, как показано на фиг. 3, если среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне крутящего момента колеблется около величины 0,005, это указывает на то, что возникла неисправность в виде короткого замыкания в фазе В силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя.

Способ обнаружения неисправности, идентификации типа неисправности и определения местоположения неисправной фазы является аналогичным способу для фазы А силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя, когда имеется неисправность в виде короткого замыкания в фазе С трехфазного силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя.

Находят мгновенное значение фазного тока f(t) фазы С в трехфазном силовом преобразователе с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя; и вычисляют среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов с помощью следующего выражения:

,

где - действительные значения детализирующих коэффициентов, - средние значения детализирующих коэффициентов, t - переменная времени, j - уровень разрешения, k - дискретизированное значение сдвига, - комплексное сопряжение к вейвлет-функции φ(2^-jt-k), и R, выполняют преобразование для мгновенного значения фазного тока f(t) следующим образом:

, где - коэффициент масштабирования, и - комплексное сопряжение к функции φ(2^-jt-k) масштаба;

среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов принимается в качестве характеристического показателя неисправности для выявления того, имеется ли неисправность в виде короткого замыкания в главной цепи силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя;

как показано на фиг. 2, если среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне скорости вращения колеблется между величинами 0,005 и 0,01, или, как показано на фиг. 3, если среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне крутящего момента колеблется около величины 0,005, это указывает на то, что возникла неисправность в виде короткого замыкания в фазе С силового преобразователя с двойным переключением вентильно-индукторного двигателя.

Способ обнаружения неисправности, идентификации типа неисправности и определения местоположения неисправной фазы является аналогичным способу, описанному выше, когда в нижних вентилях имеется неисправность в виде короткого замыкания одновременно в двух или больше фазах силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя.

Для определения местоположения неисправной фазы с помощью нахождения фазного тока соответственно фаз А, В и С выявляется, что либо среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне скорости вращения колеблется между величинами 0,005 и 0,01, либо среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне крутящего момента колеблется около величины 0,005.

Изобретение относится к контролю неисправности силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя. Сущность: способ включает нахождение мгновенного значения фазного тока силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя для вычисления среднеквадратичного отклонения σ детализирующего коэффициента в качестве характеристического показателя неисправности и анализ кривой среднеквадратичного отклонения σ детализирующего коэффициента фазного тока силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя во всем диапазоне скорости вращения или во всем диапазоне крутящего момента для выявления неисправности в виде короткого замыкания главного переключателя силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя. Технический результат: точное выявление неисправности в виде короткого замыкания. 3 ил.

Способ выявления неисправностей на основе среднеквадратичного отклонения детализирующих коэффициентов для силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя, согласно которому:

находят мгновенное значение фазного тока f(t) в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя; и вычисляют среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов с помощью следующего выражения:

где - действительные значения детализирующих коэффициентов, - средние значения детализирующих коэффициентов, t - переменная времени, j - уровень разрешения, k - дискретизированное значение сдвига, - комплексное сопряжение к вейвлет-функции φ(2^-jt-k), и R, выполняют преобразование для мгновенного значения фазного тока f(t) следующим образом: , где - коэффициент масштабирования, и - комплексное сопряжение к функции φ(2^-jt-k) масштаба;

принимают среднеквадратичное отклонение σ детализирующих коэффициентов в качестве характеристического показателя неисправности для выявления наличия неисправности в виде короткого замыкания в главной цепи силового преобразователя вентильно-индукторного двигателя;

в случае колебания кривой среднеквадратичного отклонения σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне скорости вращения между величинами 0,005 и 0,01 или в случае колебания кривой среднеквадратичного отклонения σ детализирующих коэффициентов во всем диапазоне крутящего момента около величины 0,005 делают вывод о возникновении неисправности в виде короткого замыкания в силовом преобразователе вентильно-индукторного двигателя.