基于小波變換的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)逆變器故障檢測(cè)仿真研究
賀昌權(quán)，包廣清（蘭州理工大學(xué)電氣工程與信息工程學(xué)院，蘭州730050）
摘要：針對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)逆變器功率管短路及開路故障，文中采用小波變換對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行
時(shí)間一頻率域分析，并結(jié)合傅里葉變換進(jìn)行對(duì)比研究。仿真結(jié)果表明小波變換能有效地實(shí)現(xiàn)逆變器的故障檢測(cè)。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；逆變器；故障檢測(cè)；小波變換；傅里葉變換
中圖分類號(hào)：TM36 +1; TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-6848( 2010) 01-0074-04
O引 言
逆變器供電的無(wú)劇直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有運(yùn)行性能優(yōu)良、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、航空、軍事等領(lǐng)域。然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)、逆變器及其控制電路是最易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)，其可靠性問(wèn)題始終沒有得到充分鱗決。其中，功率半導(dǎo)體器件是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)，其故障率約占整個(gè)系統(tǒng)故障的百分之八十二點(diǎn)五[1]。
功率變換器故障將影響電機(jī)的供電質(zhì)量，使電動(dòng)機(jī)在非平衡電源狀態(tài)下工作，不但降低電機(jī)使用壽命，還造成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體工作性能惡化。這在一般場(chǎng)合會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，而在航空、軍事等重要場(chǎng)合，將造成災(zāi)難性后果。為了及時(shí)了解電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)并有效防止逆變器故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損壞，對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障檢測(cè)顯得至關(guān)重要。文獻(xiàn)[1]中通過(guò)卡爾曼濾波方法對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)基本正序?qū)ΨQ分量的實(shí)時(shí)在線估計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變器故障的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。但是，卡爾曼濾波的不足是需要知道系統(tǒng)的狀態(tài)模型、量測(cè)模型和噪聲模型，且越精確越好。文獻(xiàn)[5]中采用傅里葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變器的故障檢測(cè)，但是在實(shí)際信號(hào)采集中，很難實(shí)現(xiàn)整周期采樣，以至在信號(hào)處理時(shí)容易出現(xiàn)譜泄露問(wèn)題，從而影響傅里葉變換的準(zhǔn)確性。本文采用小波變換對(duì)電機(jī)定子電流分析，實(shí)現(xiàn)逆變器的故障檢測(cè)，克服了文獻(xiàn)[1]需要建立精確數(shù)學(xué)模型和文獻(xiàn)[5]
霈要整周期采樣的缺陷，實(shí)驗(yàn)證明小波變換能起到比較好的檢測(cè)故障的作用。
1小波理論及故障檢測(cè)的原理
1.1小波變換理論
小波( Wavelet)，即小區(qū)域的波，是一種特殊的長(zhǎng)度有限、平均值為0的波形[2]。
小波函數(shù)的確切定義為：設(shè)Ψ(t)為一平方可積函數(shù)，即  ，若其傅里葉變換Ψ(ω)滿足條件： 則稱V(t)為一個(gè)基本小波或小波母函數(shù)，我們稱式(1)為小波函數(shù)的可容許條件。將母函數(shù)Ψ(t)
伸縮和平移之后得到的函數(shù)族稱為分析小波。其連續(xù)小波基函數(shù)形式為
式中，  ,a為伸縮因子，τ為平移因子，我們稱Ψ aτ(t)為依賴于參數(shù)a，τ的小波基函數(shù)。 對(duì)任一函數(shù)  ，連續(xù)小波變換定義為  連續(xù)小波逆變換為
其離散小波基函數(shù)形式為
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