發(fā)布時(shí)間：2021-03-11 03:06

　　針對(duì)地鐵車(chē)輛功率逆變器,提出一種改進(jìn)的基于SVM（支持向量機(jī)）的故障狀態(tài)識(shí)別方法。從研究IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）結(jié)溫與故障的關(guān)系入手,采用多分辨率小波包分解對(duì)主電路IGBT特征狀態(tài)進(jìn)行提取,特征降維后獲得SVM訓(xùn)練集,經(jīng)SVM學(xué)習(xí)訓(xùn)練后得到狀態(tài)分類(lèi)模型。仿真結(jié)果表明:分類(lèi)模型較為接近實(shí)際情況。最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法能有效地識(shí)別單個(gè)及多個(gè)IGBT軟故障和硬故障,實(shí)現(xiàn)功率逆變器狀態(tài)識(shí)別。 

【文章來(lái)源】：城市軌道交通研究. 2020,23(09)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

ADtranz型輔助逆變器試驗(yàn)裝置

實(shí)際應(yīng)用中,IGBT的工作溫度是通過(guò)其結(jié)溫進(jìn)行表征,逆變器的故障通常是IGBT的結(jié)溫過(guò)高引起。如圖1所示,現(xiàn)將IGBT的工作狀態(tài)分為正常狀態(tài)、單個(gè)IGBT故障、兩個(gè)IGBT故障。兩個(gè)IGBT故障進(jìn)一步細(xì)分為:同一橋臂上下兩管故障(如T1、T4)、不同橋臂異側(cè)兩管故障(如T1、T5)和不同橋臂同側(cè)兩管故障(如T1、T2)。同時(shí),每種故障又分成硬故障、軟故障兩種情況。硬故障如IGBT門(mén)極信號(hào)反饋丟失、功率管擊穿損壞等容易排查和辨析的故障。軟故障則表現(xiàn)為短時(shí)溫度升高,且逆變器短時(shí)表現(xiàn)正常,但后續(xù)逆變器頻繁失效,以下將分析該種故障與結(jié)溫變化之間的關(guān)系。以ADtranz型地鐵輔助逆變器使用的英飛凌IGBT(型號(hào)為FF400R33KF2C)為例,據(jù)產(chǎn)品參數(shù)可知其比熱溫升速率為18 K/kW [2],環(huán)境溫度t0取為25 ℃。假設(shè)IGBT工作溫度為t且IGBT結(jié)溫溫升全部由電流焦耳熱提供,那么由I2r=(t-t0)/18(I為流經(jīng)IGBT的電流;r為IGBT的結(jié)阻值;t為環(huán)境溫度),可估算出熱穩(wěn)定電阻值。依據(jù)原廠技術(shù)手冊(cè),該輔助逆變器對(duì)應(yīng)的溫度保護(hù)值為65 ℃,即高于此值可以認(rèn)為IGBT已經(jīng)發(fā)生故障。這里在仿真計(jì)算時(shí)考慮了一定的裕量,將IGBT結(jié)溫的最高值設(shè)為75 ℃,并依次設(shè)采樣點(diǎn)溫度如下:30 ℃、40 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃、75 ℃,并求取個(gè)溫度值下的熱穩(wěn)定電阻,如表1所示�？紤]到實(shí)車(chē)輔助逆變器中IGBT導(dǎo)通管壓降超過(guò)8 V系統(tǒng)將給出保護(hù)信號(hào),這跟55 ℃的熱電阻近似相等,所以將IGBT結(jié)溫在55～75 ℃范圍內(nèi)定為軟故障。仿真采用ode23s算法,采樣時(shí)間為5 μs,以圖1中a、b、c三點(diǎn)電流作為監(jiān)測(cè)變量。各故障情況下三相負(fù)載電流的仿真結(jié)果如圖2所示。

由表2可知,信號(hào)在小波分解后其有效部分大多集中在低頻部分,高頻部分比重很小。為了避免維度災(zāi)難[3-4],利用小波方差分別提取每一相特征值的最大值、最小值、平均值和方差,得到新的1行12維的特征向量u=[v′1,v′2,v′3],比原始小波包分解后的特征向量維數(shù)減少一半。表3為各類(lèi)故障經(jīng)特征降維后的特征向量表。表2 正常狀態(tài)下電路各相特征向量 信號(hào)位置 特征向量 A相(v1) 52 178.313 124.672 43.203 70.639 21.593 27.649 37.152 33.323 B相(v2) 52 065.073 123.131 44.025 69.844 21.519 27.285 36.555 34.972 C相(v3) 51 986.522 119.329 43.976 69.666 21.748 27.058 35.966 34.169

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3075752