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狀態(tài)，當檢測到變頻器停機時，控制器逐一啟動變頻器的部件，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變頻器的部件，根據(jù)實際反饋信號與標準反饋信號比較來實現(xiàn)故障診斷，從而避免了變頻器子系統(tǒng)之間的相互影響，進而不僅實現(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)字變頻控制方式實現(xiàn)精確的電機的轉(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、電動機的控制領(lǐng)域。
[0003]當變頻器中發(fā)生元件失效、電纜連接異常等故障時，變頻器會停止工作并報出故障信息。由于變頻器結(jié)構(gòu)的復雜性，單一部件的故障往往會導致變頻器的多個部件工作異常，從而產(chǎn)生大量的故障信息。例如，一個部件的故障，會導致與之直接和/或間接相連的部件均報出故障。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，因此其不足是經(jīng)濟性較差。第二種方式，故障檢測結(jié)構(gòu)準確性依賴于設(shè)計人員的經(jīng)驗，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，逐一運行變頻器的每一個子系統(tǒng)(或部件)并根據(jù)實際反饋信號與標準反饋信號比較來實現(xiàn)故障診斷。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的一方面，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-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狀態(tài)，當檢測到變頻器停機時，控制器逐一啟動變頻器的部件，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側(cè)變換器和電網(wǎng)側(cè)變換器、連接到電機側(cè)變換器的電機側(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，停機狀態(tài)表示電機側(cè)斷路器和電網(wǎng)側(cè)斷路器處于斷開狀態(tài)，電機側(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，則檢測制動單元是否發(fā)生故障，而若確定制動單元沒有發(fā)生故障，則檢測電機側(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)電動勢中的至少一個檢測電網(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)充電開始后不同時間點處的直流母線的電壓值計算直流母線的電容值，并基于計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，檢測制動單元的狀態(tài)的步驟包括:向制動單元施加脈沖PWM信號，并基于制動單元對于所述PWM信號的響應(yīng)檢測制動單元的狀態(tài)。
[0014]優(yōu)選地，檢測檢測電機側(cè)變換器狀態(tài)的步驟包括:向電機側(cè)變換器施加脈沖PWM信號，并基于響應(yīng)于所述PWM信號而流過電機側(cè)變換器的電流來檢測電機側(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組成變頻調(diào)速系統(tǒng)，其中，所述電機包括永磁同步電機、電勵磁同步電機、鼠籠式異步電機、繞線式異步電機。
[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變頻器的部件，根據(jù)實際反饋信號與標準反饋信號比較來實現(xiàn)故障診斷，從而避免了變頻器子系統(tǒng)之間的相互影響，進而不僅實現(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)合附圖對實施例進行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點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)明示例性實施例的變頻器故障診斷方法的流程圖。
[0022]圖3是靜態(tài)時電機的等效電路圖。
【具體實施方式】
[0023]現(xiàn)在對本發(fā)明實施例進行詳細的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標號始終表示相同部件。下面通過參照附圖對實施例進行描述以解釋本發(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變頻器的部件，根據(jù)實際反饋信號與標準反饋信號比較來實現(xiàn)故障診斷，從而避免了變頻器子系統(tǒng)之間的相互影響，進而不僅實現(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，不能進行電機拖動等正常工作。換言之，變頻器應(yīng)處于停機狀態(tài)之后才能進入所述故障診斷模式，或者變頻器因故障而自動或手動地停止了操作。
[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沒有具體限定，所述電機可以是永磁同步電機、電勵磁同步電機、鼠籠式異步電機、繞線式異步電機等多種。
[0027]下面，結(jié)合圖1和圖2詳細描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實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包括電機側(cè)斷路器102、電機側(cè)變換器103、直流母線110、制動單元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)。電機側(cè)變換器103通過電機側(cè)斷路器102連接到電機200的交流引出線101上。連接在直流母線110之間的制動單元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。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。電機側(cè)變換器103和電網(wǎng)側(cè)變換器106應(yīng)當能夠響應(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，電力電子拓撲形式可為兩電平全橋、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)功率計量故障；d)控制器120發(fā)出PWM信號驅(qū)動制動單元104工作，并檢測流過制動單元104的電流，判斷制動功率器件故障及制動電阻阻值異常故障；e)吸合電機側(cè)斷路器102，控制器120發(fā)出PMW信號驅(qū)動電機側(cè)變換器103工作，通過檢測電機交流引出線101的電流，計算電機電阻，并判斷電機側(cè)變換器103的故障，電機交流引出線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詳細描述根據(jù)本發(fā)明示例性實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，且電機側(cè)斷路器102和電網(wǎng)側(cè)斷路器109斷開。
[0035]進入故障模式之后，控制器120將如步驟S120至S160所示的逐一啟動變頻器的各個部件，以定位故障源。在步驟S120至S160中，若確定故障源，則報錯后退出，否則進行到下一步。下面，基于步驟S120至S160描述各個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)三相電壓輸入計算電網(wǎng)頻率以及電網(wǎng)電動勢。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)連線相序連接錯誤故障；若電網(wǎng)電動勢的絕對值小于電網(wǎng)額定電動勢絕對值的90%，或電網(wǎng)電動勢的絕對值大于電網(wǎng)額定電動勢的110%，則判定為電網(wǎng)電動勢異常故障。
[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進行預(yù)充電。通過檢測零時刻，和預(yù)充電At時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-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狀態(tài)， 當檢測到變頻器停機時，控制器逐一啟動變頻器的部件，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側(cè)變換器和電網(wǎng)側(cè)變換器、連接到電機側(cè)變換器的電機側(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，停機狀態(tài)表示電機側(cè)斷路器和電網(wǎng)側(cè)斷路器處于斷開狀態(tài)，電機側(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，則檢測制動單元是否發(fā)生故障， 若確定制動單元沒有發(fā)生故障，則檢測電機側(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)電動勢中的至少一個檢測電網(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)充電開始后不同時間點處的直流母線的電壓值計算直流母線的電容值，并基于計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，檢測制動單元的狀態(tài)的步驟包括: 向制動單元施加脈沖PWM信號，并基于制動單元對于所述PWM信號的響應(yīng)檢測制動單元的狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，檢測檢測電機側(cè)變換器狀態(tài)的步驟包括: 向電機側(cè)變換器施加脈沖PWM信號，并基于響應(yīng)于所述PWM信號而流過電機側(cè)變換器的電流來檢測電機側(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組成變頻調(diào)速系統(tǒng)，其中，所述電機包括永磁同步電機、電勵磁同步電機、鼠籠式異步電機、繞線式異步電機。
【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