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变频器故障诊断及相应控制策略研究

作　者: 丛培城
导　师: 于泳
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 变频器矢量控制故障诊断容错控制 dSPACE
分类号: TN773
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

三相交流变频驱动系统以其优良的调速性能,良好的节能效果,越来越广泛的应用于工业、商业、航空等领域。由于控制算法的复杂性及半导体器件的自身特点,驱动器易发生故障。在一些特殊的应用场合,如自动化、航空、核能和危险的化学品工厂中,由于用户对变频驱动系统的可靠性、可维护性、生存能力等指标的要求明显提高,因此对系统中各组成部分的故障进行快速、准确诊断,并在此基础上,采取相应的容错控制策略以提高系统可靠性具有重大意义。本文以矢量控制变频调速系统为研究对象,为了提高变频器的容错性能,分别针对影响变频器可靠性的传感器故障和变流器故障进行了研究。感应电机闭环变频驱动系统中,核心问题在于转速和磁链的估算,而转速传感器、电流传感器、电压传感器所给出的信号是进行估算的基础,传统驱动系统中当上述传感器出现故障时会被迫停机。本文将感应电机的四种基本控制方法进行融合,提出了一种新颖的容错控制方案,实现变频器在传感器故障条件下的容错运行,通过仿真和实验证明了所提出的控制方法的有效性。在系统地研究了感应电机电压型PWM变频器驱动系统的各种故障类型的基础上,本文对两种关键故障即输入电源缺相和驱动电路开路故障,进行了初步的数学分析。设计了输入缺相故障检测电路,并对故障情况下变频驱动系统的性能进行了仿真分析;针对驱动开路故障,在对平均电流Park矢量法进行仿真和实验研究的基础上,提出了改进的故障诊断方法,解决了传统方法会在突加、减负载及闭环控制时出现误诊断的问题,并通过仿真和实验研究进行了验证。最后,为了验证文中所述传感器故障的容错控制策略和驱动开路故障诊断方法,在实验室搭建7.5kW调速系统实验平台并进行系统实验,实验结果表明,采用本文提出的容错控制方法,与传统矢量控制方法相比,系统对传感器故障的容错能力获得了极大提升,通过本课题的研究,实现了在各种传感器故障情况下变频驱动系统的不间断运行。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题来源及研究目的和意义  9-10
  1.2 课题的国内外研究现状  10-14
    1.2.1 故障诊断技术的研究现状  10-12
    1.2.2 容错控制技术的研究现状  12-14
  1.3 本文主要研究内容  14-16
第2章感应电机的数学模型及控制策略  16-25
  2.1 感应电动机的数学模型及坐标变换  16-20
    2.1.1 感应电动机的数学模型  16-18
    2.1.2 坐标变换  18-20
  2.2 感应电机变频驱动的四种基本控制方法  20-24
    2.2.1 电流模型法  20-22
    2.2.2 电压模型法  22-23
    2.2.3 通用V/F 控制方法  23
    2.2.4 有速度传感器V/F 控制方法  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章传感器故障诊断及容错控制方法  25-37
  3.1 速度传感器的故障诊断方法  25-30
    3.1.1 故障检测电路的基本原理  25-26
    3.1.2 故障检测电路的设计过程  26-27
    3.1.3 仿真结果  27-28
    3.1.4 信号Z 的故障检测电路  28-30
  3.2 感应电机容错控制系统结构及实现方案  30-31
  3.3 仿真研究  31-33
  3.4 实验结果  33-35
  3.5 本章小结  35-37
第4章变流器故障诊断及运行特性研究  37-50
  4.1 三相变流器的常见故障  37-38
  4.2 输入缺相故障诊断方法  38-42
    4.2.1 输入缺相故障诊断方法  38-39
    4.2.2 输入缺相故障的仿真研究  39-42
  4.3 驱动开路故障诊断方法及仿真  42-49
    4.3.1 平均电流Park 矢量法  42-45
    4.3.2 改进的故障诊断方法  45-46
    4.3.3 驱动开路故障诊断的实验结果  46-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章感应电机容错控制系统的软硬件设计  50-62
  5.1 感应电机容错控制系统硬件设计  50-55
    5.1.1 主电路的设计  51
    5.1.2 采样电路  51-53
    5.1.3 电流传感器故障诊断电路  53-54
    5.1.4 速度传感器断线检测电路  54-55
  5.2 感应电机容错控制系统软件设计  55-57
  5.3 实验结果及分析  57-60
    5.3.1 速度传感器故障前后电流、转速曲线  57-58
    5.3.2 电压传感器故障前后电流和转速曲线  58
    5.3.3 电流传感器故障前后电流和转速曲线  58-59
    5.3.4 所有传感器故障前后电流和转速曲线  59-60
  5.4 本章小结  60-62
结论  62-63
参考文献  63-68
攻读硕士学位期间发表的论文  68-70
致谢  70-71
附录  71-72

变频器故障诊断及相应控制策略研究

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