Способ диагностирования по току шины короткого замыкания в цепи преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя
Настоящее изобретение относится к способу диагностирования по току шины короткого замыкания основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя. Способ диагностирования по току шины короткого замыкания в цепи преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя включает следующую последовательность действий. Определяют мгновенное значение тока шины преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя, при этом вычисляют среднее значение дельта наибольших значений коэффициента вейвлет-преобразования, соответствующего току шины при различных параметрах масштабирования, и используют в качестве значения признака замыкания. Короткое замыкание цепи основного переключателя на участке преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя диагностируется с использованием среднего значения кривой дельта наибольших значений коэффициента вейвлет-преобразования, соответствующего току шины преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя во всем диапазоне скоростей вращения при различных параметрах масштабирования. Технический результат заключается в повышении точности диагностики, а также в расширении функциональных возможностей за счет применения для преобразователей мощности вентильного реактивного электродвигателя с множеством топологических структур и любым числом фаз как с двойным переключателем, так и с общим переключателем. 5 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу диагностирования по току шины короткого замыкания основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя, в частности к способу диагностирования по току шины короткого замыкания основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя в любой топологической структуре и с любым числом фаз.
Уровень техники
Системы вентильных реактивных электродвигателей используют несинусоидальный по току и напряжению источник питания и работают на основе принципа минимального магнитного сопротивления. Тем не менее известные способы диагностирования неисправностей в преобразователях мощности не могут быть непосредственно применены к преобразователю мощности вентильного реактивного электродвигателя. В настоящее время большинство способов диагностирования короткого замыкания в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя выполнены с возможностью обнаружения коротких замыканий в основных переключателях преобразователей мощности с двойным переключателем. Преобразователи мощности с общим переключателем также являются типом преобразователей мощности, обычно используемым в системах вентильных реактивных электродвигателей, а также они меньше используют переключатели мощности и обладают более низкой стоимостью аппаратных схем по сравнению с преобразователями мощности с двойным переключателем. Таким образом, преобразователи мощности с общим переключателем имеют преимущества для приложений по сравнению с преобразователями мощности с двойным переключателем. Следовательно, есть необходимость в разработке способа диагностирования неисправностей, который был бы применим как к преобразователям мощности с двойным переключателем, так и к преобразователям мощности с общим переключателем.
Раскрытие сущности изобретения
С учетом недостатков, изложенных в известном уровне техники, настоящее изобретение предоставляет способ диагностирования по току шины коротких замыканий основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя, который при обнаружении переходного значения тока шины в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя вычисляет среднее значение наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования, соответствующего току шины при различных масштабных параметрах, и принимает среднее значение в качестве характеристической величины замыкания и, таким образом, осуществляет диагностирование короткого замыкания основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя.
В соответствии с настоящим изобретением способ диагностирования по току шины короткого замыкания основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя включает в себя:
обнаружение переходного значения тока 
шины в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя; и
в соответствии со следующими формулами:
вычисление коэффициента вейвлет-преобразования 
, соответствующего току 
шины, где
R обозначает, что интервал интегрирования является набором вещественных чисел,
* соответствует комплексному сопряжению,
t является временной переменной, соответствующей току 
шины, a является параметром масштабирования вейвлет-преобразования, а b является параметром положения вейвлет-преобразования; в формуле (1), 
является аналитическим выражением для сигнала, соответствующего току шины, в котором 
, j является комплексным числом, 
является гильбертовым преобразованием тока шины, а 
, 
является аналитическим выражением комплексного вейвлета 
, а 
и 
является амплитудой комплексного вейвлета , а 
является фазой комплексного вейвлета 
; в формуле (2), j является комплексным числом, 
является амплитудой тока шины, 
является фазой тока шины, а 
, и 
в формуле (3), j является комплексным числом, а 
;
принятие среднего значения Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования 
, соответствующего току шины при различных параметрах масштабирования в качестве характеристического значения замыкания, т.е., 
, так, чтобы осуществить диагностирование короткого замыкания в основной цепи преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя;
если кривая среднего значения Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования 
, соответствующего току шины при различных параметрах масштабирования, лежит выше значения 0,09 во всем диапазоне скоростей вращения, то в этом случае можно судить о том, что произошло короткое замыкание основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя.
Положительные эффекты:
настоящее изобретение выполнено с возможностью применения для диагностирования коротких замыканий основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя в любой топологической структуре и с любым числом фаз.
При обнаружении переходного значения тока шины в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя, среднее значение Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования, соответствующего току шины при различных параметрах масштабирования, вычисляется и принимается в качестве характеристической величины замыкания; с использованием кривой среднего значения Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования, соответствующего току шины в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя при различных параметрах масштабирования, во всем диапазоне скоростей вращения, может быть осуществлено диагностирование наличия короткого замыкания основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя, и, таким образом, решается задача настоящего изобретения.
Способ диагностирования короткого замыкания в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя применим для диагностирования коротких замыканий основных позиционных переключателей преобразователей мощности с двойным переключателем и для диагностирования коротких замыканий основных позиционных переключателей преобразователей мощности с общим переключателем, а также для диагностирования коротких замыканий основных позиционных переключателей в любой другой топологической структуре. Диагностирование коротких замыканий основных позиционных переключателей является точным, способ диагностирования прост, может достичь хорошего диагностического результата и имеет большую ценность для технических применений.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлена схема топологической структуры трехфазного преобразователя мощности с общим переключателем вентильного реактивного электродвигателя, для которого применяется настоящее изобретение;
На Фиг. 2 представлены зависимости кривых среднего значения Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования, соответствующего току шины, при различных параметрах масштабирования трехфазного преобразователя мощности с общим переключателем вентильного реактивного электродвигателя, для которого применяется настоящее изобретение, во всем диапазоне скоростей вращения;
На Фиг. 3 показан переходной сигнал тока шины в трехфазном преобразователе мощности с общим переключателем вентильного реактивного электродвигателя, для которого применяется настоящее изобретение, в случае когда скорость вращения вентильного реактивного электродвигателя составляет 700 об/мин и при отсутствии замыкания;
На Фиг. 4 показан переходный сигнал тока шины в трехфазном преобразователе мощности с общим переключателем вентильного реактивного электродвигателя, для которого применяется настоящее изобретение, в случае когда скорость вращения вентильного реактивного электродвигателя составляет 700 об/мин и при наличии короткого замыкания основного позиционного переключателя;
На Фиг. 5 представлена схема топологической структуры трехфазного преобразователя мощности с двойным переключателем вентильного реактивного электродвигателя, для которого применяется настоящее изобретение.
Осуществление изобретения
Далее настоящее изобретение будет подробно описано при помощи вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.
Первый вариант осуществления
Как показано на Фиг. 1, в основной цепи трехфазного преобразователя мощности с общим переключателем вентильного реактивного электродвигателя, каждая фаза имеет основной переключатель и защитный диод, фазы A, B и C соединены параллельно с отрицательным полюсом "-" источника питания U, а также фазы A, B и C соединены параллельно с положительным полюсом "+" источника питания U посредством общего переключателя S1 и общего защитного диода VD1.
Один выход общего переключателя S1 подключен к положительному полюсу "+" источника питания, а другой выход общего переключателя S1 подключен к одному выходу обмотки фазы А, один выход основного позиционного переключателя S2 фазы А подключен к отрицательному полюсу "-" источника питания, а другой выход основного позиционного переключателя S2 фазы A подключен к другому выходу обмотки фазы А, один выход защитного диода VD2 фазы А подключен к положительному полюсу "+" источника питания U, а другой выход защитного диода VD2 фазы А подключен к другому выходу обмотки фазы А, один выход общего защитного диода VD1 подключен к отрицательному полюсу "-" источника питания U, а другой выход общего защитного диода VD1 подключен к одному выходу обмотки фазы А.
Способ подключения внутренних соединений фазы B и фазы C идентичен способу подключения внутренних соединений фазы A; поэтому описание здесь не приводится.
Способ диагностирования по току шины короткого замыкания основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя изложен ниже.
Во-первых, обнаруживают переходное значение тока шины в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя; и
в соответствии со следующими формулами:
вычисляют коэффициент вейвлет-преобразования 
, соответствующий току шины,
где R обозначает, что интервал интегрирования является набором вещественных чисел, * соответствует комплексному сопряжению, t является временной переменной, соответствующей току шины 
шины, а является параметром масштабирования вейвлет-преобразования, а b является параметром положения вейвлет-преобразования; в формуле (1), 
является аналитическим выражением для сигнала, соответствующего току шины 
шины, в котором 
, j является комплексным числом, 
является гильбертовым преобразованием тока шины 
шины, а 
, 
является аналитическим выражением комплексного вейвлета 
, в котором 
, а 
является амплитудой комплексного вейвлета 
, а 
является фазой комплексного вейвлета ; в формуле (2) j является комплексным числом, 
является амплитудой тока шины 
шины, 
является фазой тока шины 
шины, а 
, и 
; в формуле (3) j является комплексным числом, а 
, 
.
Среднее значение Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования 
, соответствующего току шины при различных параметрах масштабирования, принимается в качестве характеристического значения замыкания, т.е. 
, и в случае короткого замыкания в основной цепи преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя оно могло быть диагностировано; как показано на Фиг. 2, если кривая среднего значения Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования , соответствующего току шины под различными параметрами масштабирования, лежит выше значения 0,09 во всем диапазоне скоростей вращения, то в этом случае произошло короткое замыкание основного позиционного переключателя трехфазного преобразователя мощности с общим переключателем вентильного реактивного электродвигателя.
Например, если скорость вращения вентильного реактивного электродвигателя составляет 700 об/мин, переходный сигнал тока шины без короткого замыкания показан на Фиг. 3, а характеристическая величина замыкания Δ=0,0361, то тогда нет короткого замыкания. Если скорость вращения вентильного реактивного электродвигателя составляет 700 об/мин, переходный сигнал тока шины с коротким замыканием основного позиционного переключателя показан на Фиг. 4, и характеристическая величина замыкания Δ=0,1296, то есть больше, чем 0,09, то тогда имеет место быть короткое замыкание основного позиционного переключателя.
Второй вариант осуществления: как показано на Фиг. 5, в основной цепи трехфазного преобразователя мощности с двойным переключателем вентильного реактивного электродвигателя у каждой фазы есть по два основных переключателя и по два защитных диода, при этом фазы А, В и С подключены параллельно к положительному полюсу "+" и отрицательному полюсу "-" источника питания U; при этомодин выход верхнего основного переключателя S1 фазы А подключен к положительному полюсу "+" источника питания U, а другой выход верхнего основного переключателя S1 подключен к одному выходу обмотки фазы A, один выход нижнего основного переключателя S2 подключен к отрицательному полюсу "-" источника питания U, а другой выход нижнего основного переключателя S2 подключен к другому выходу обмотки фазы A, один выход верхнего защитного диода VD1 подключен к положительному полюсу "+" источника питания U, а другой выход верхнего защитного диода VD1 подключен к другому выходу обмотки фазы А, один выход нижнего защитного диода VD2 подключен к отрицательному полюсу "-" источника питания U, а другой выход нижнего защитного диода VD2 подключен к одному выходу обмотки фазы А.
Внутренние соединения фазы B и фазы C идентичны внутренним соединениям фазы A, поэтому описание здесь не приводится.
Способ диагностирования по току шины короткого замыкания основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя изложен ниже.
Во-первых, обнаруживают переходное значение тока шины в трехфазном преобразователе мощности с двойным переключателем вентильного реактивного электродвигателя; затем в соответствии со следующими формулами:
вычисляют коэффициент вейвлет-преобразования , соответствующий току шины, где R обозначает, что интервал интегрирования является набором вещественных чисел, * соответствует комплексному сопряжению, t является временной переменной, соответствующей току шины, а является параметром масштабирования вейвлет-преобразования, а b является параметром положения вейвлет-преобразования; в формуле (4) 
является аналитическим выражением для сигнала, соответствующего току шины, в котором 
, j является комплексным числом, 
является гильбертовым преобразованием тока шины, в котором 
является аналитическим выражением комплексного вейвлета 
, в котором 
, а 
является амплитудой комплексного вейвлета , а 
является фазой комплексного вейвлета ; в формуле (5) j является комплексным числом, 
является амплитудой тока шины, 
является фазой тока шины, а 
; в формуле (6), j является комплексным числом, а 
, 
.
Среднее значение Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования , соответствующего току шины при различных параметрах масштабирования, принимается в качестве характеристического значения замыкания, т.е., 
и в случае короткого замыкания в основной цепи преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя оно могло быть диагностировано;
Как показано на Фиг. 2, если кривая среднего значения Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования , соответствующего току шины при различных параметрах масштабирования, лежит выше значения 0,09 во всем диапазоне скоростей вращения, то в этом случае произошло короткое замыкание основного позиционного переключателя трехфазного преобразователя мощности с двойным переключателем вентильного реактивного электродвигателя.
Способ диагностирования по току шины короткого замыкания цепи переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя, который включает в себя:
обнаружение переходного значения тока 
шины в преобразователе мощности вентильного реактивного электродвигателя; и
в соответствии со следующими формулами:
вычисление коэффициента вейвлет-преобразования 
, соответствующего току шины,
где R обозначает, что интервал интегрирования является набором вещественных чисел,
* соответствует комплексному сопряжению,
t является временной переменной, соответствующей току шины,
а является параметром масштабирования вейвлет-преобразования, а
b является параметром положения вейвлет-преобразования;
в формуле (1)
является аналитическим выражением для сигнала, соответствующего току шины, а
,
j является комплексным числом,
является гильбертовым преобразованием тока шины, а
,
является аналитическим выражением комплексного вейвлета 
, а
,
является амплитудой комплексного вейвлета , а
является фазой комплексного вейвлета ;
в формуле (2)
j является комплексным числом,
является амплитудой тока шины,
является фазой тока шины, а
,
;
в формуле (3)
j является комплексным числом, а
,
;
принятие среднего значения Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования , соответствующего току шины при различных параметрах масштабирования в качестве характеристического значения замыкания, т.е. 
, и
осуществление диагностирования короткого замыкания в основной цепи преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя;
если кривая среднего значения Δ наибольшего коэффициента вейвлет-преобразования , соответствующего току шины под различными параметрами масштабирования, лежит выше значения 0,09 во всем диапазоне скоростей вращения, то в этом случае можно судить о том, что произошло короткое замыкание основного позиционного переключателя преобразователя мощности вентильного реактивного электродвигателя.
