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摘 要：在交流电机的驱动系统中，由于系统中电力电子装置的工作环境比较复杂，并且自身能量变换方式十分特殊，逆变电路中功率管开关器件很容易发生开路故障与短路故障，造成系统运行故障导致电机瘫痪。近年来国内外许多专家学着对此进行了大量的研究，并提出了一系列故障检测与诊断方法。
关键词：逆变电路；故障诊断
0 引言
自从上世纪80年代以来，美国一直在故障诊断领域独占鳌头，世界上其他国家对故障诊断技术的研究也做出了巨大的贡献，我国对电力电子装置故障诊断的研究起步虽然较晚，但是经过了几十年的研究发展，从总体上追上世界发达国家的脚步。根据诊断方法研究分析时的侧重点不同，将这些已发表的逆变电路故障检测与诊断方法分为基于数学模型的方法、基于信号处理的方法和基于知识的方法三大类。
1 基于解析模型的方法
基于解析模型的方法最关键的就是建立一个准确的系统动态数学模型，迄今为止，已提出了大量基于解析模型的故障诊断方法，根据建模的处理方式不同，这些方法可以被划分为基于状态空间平均模型的方法和基于混杂系统模型的方法两大类。
1、基于状态空间平均模型法
基于状态空间平均模型法主体思路为[1]：根据基尔霍夫定律对电路进行分析，得到电路不同模态下的状态方程，然后利用时间平均技术，对状态方程进行线性化处理，从而将一个具有非线性时变性的开关电路转换成一个等效的线性、时不变的连续电路。
2、基于混杂系统的故障诊断方法
混杂系统是一类由连续变量动态系统和离散事件动态系统共同作用的混合系统。文献[3]基于混杂系统模型的研究了一直基于残差状态方程的方法实现了逆变电路的任一桥臂开路故障的诊断。
2 基于信号处理的方法
基于信号处理的方法，是指通过利用频谱、相关函数等信号分析方法，对可以测量的信号进行分析，提取出频率、幅值等特征值，从而检测出故障。与基于解析模型的方法相比最大的特点就是不需要构建电路的准确模型，这为许多复杂系统的故障诊断提供了便利。在基于信号处理的方法中，基于频谱分析的方法和基于小波变换的方法是两种最具代表性的方法，另外还有开关函数法等。
1、基于频谱分析的故障诊断方法
基于频谱分析的方法，是指通过信号处理的方式把时域中的故障波形转换到频域里进行分析，使诊断对象的故障信息变得更加显著，从而实现故障诊断。常见的两种频谱分析法是电流频谱分析和电压谱估计法。文献[3]利用通过对母线电流的低频部分的傅立叶分析逆变电路的故障检测与诊断。
2、小波变换法
小波变换法是以传统的傅里叶变换为数学基础发展出来的一种新方法，它是一种时频分析方法，用来分析时频局部化问题。文献[4]提出了电力电子电路故障的小波变换故障诊断法，根据电路故障信号进行小波处理，通过对故障信号奇异性出现的时间判定实现对电路故障位置。
3、开关函数法
安群涛等[5]提出了一种基于开关函数模型的逆变电路开路故障诊断方法。该方法根据电路发生开路故障后开关元件上承受的电压与电路正常工作时的不同，在器件上设计一些简单的电路，通过比较发生故障时的开关元件上的电压与理论电压的值来诊断和定位器件的开路故障。
3 基于知识的诊断方法方法
1、专家系统法
专家系统法必须首先建立一个电路变量和故障类型、故障点之间对应关系的知识库，故障诊断的过程是通过人机接口得到实际运行中的特征变量值，将它应用到知识库进行推理分析，就得到了电路的基本工作状态和故障信息。
2、模式识别法
模式识别法基本步骤是：首先通过仿真或者实验大量获取电路中某个变量在正常工作及不同故障状态下的波形，将它作为模式识别的特征波形，然后在运行过程中实时监测该变量的波形，将它与特征波形进行模式识别，从而实时监测电路的工作状态。
3、支持向量机法
支持向量机（Support Vector Machine）方法的是通过对训练样本的学习掌握样本的特征，实现对未知的样本进行预测。通过使用向量机对异步电机的定子电流的特征分析，来区别正常和故障发生状态，成功实现了电机故障诊断。
4、神经网络法
神经网络模拟人脑某些特定功能而建立的一种抽象的数学模型，它是由大量简单的处理单元以某种拓扑方式相互连接而成的非线性动力学系统。文献[6]利用神经网络方法对无功发生器中逆变器主回路元件开路故障进行了诊断研究。
4 结语
总的来说，随着故障诊断技术从二十世纪八十年代发展至今，国内外大批专家学者和企业对电机驱动系统逆变器的故障诊断进行了不懈的研究探索，提出了很多具有现实意义的方法，并在实际运用中取得了不少令人满意的实践成果。■
参考文献
[1] 张志学. 基于混杂系统模型的电力电子电路故障诊断[D]. 浙江大学，2005.
[3] 安群涛.三相电机驱动系统中逆变器障诊断与容错控制策略研究[D]. 哈尔滨工业大学，2011.
[3] 杨忠林，吴正国，李辉. 基于直流侧电流检测的逆变器开路故障诊断方法[J]. 中国电机工程学报，2008，28（27）18-22.
[4] 胡志坤，桂卫华，何多昌. 电力电子电路故障的小波分析检测方法[J]. 控制工程，2008，15（3）：337-341.
[5] 安群涛，孙力，赵克，刘超，于丽娜. 基于开关函数模型的逆变器开路故障诊断方法[J]. 中国电机工程学报，Vol.30，No.6，2010（08），1-6.
[6] 苏鹏声，王志强，江建国. 用人工神经网络诊断电力电子电路主回路故障[J]. 清华大学学报（自然科学版），1999，39（3）：19-22.
作者简介：罗凯（1986-），男，硕士研究生，研究方向为船舶电力推进及其控制。
关键词：逆变电路；故障诊断
0 引言
自从上世纪80年代以来，美国一直在故障诊断领域独占鳌头，世界上其他国家对故障诊断技术的研究也做出了巨大的贡献，我国对电力电子装置故障诊断的研究起步虽然较晚，但是经过了几十年的研究发展，从总体上追上世界发达国家的脚步。根据诊断方法研究分析时的侧重点不同，将这些已发表的逆变电路故障检测与诊断方法分为基于数学模型的方法、基于信号处理的方法和基于知识的方法三大类。
1 基于解析模型的方法
基于解析模型的方法最关键的就是建立一个准确的系统动态数学模型，迄今为止，已提出了大量基于解析模型的故障诊断方法，根据建模的处理方式不同，这些方法可以被划分为基于状态空间平均模型的方法和基于混杂系统模型的方法两大类。
1、基于状态空间平均模型法
基于状态空间平均模型法主体思路为[1]：根据基尔霍夫定律对电路进行分析，得到电路不同模态下的状态方程，然后利用时间平均技术，对状态方程进行线性化处理，从而将一个具有非线性时变性的开关电路转换成一个等效的线性、时不变的连续电路。
2、基于混杂系统的故障诊断方法
混杂系统是一类由连续变量动态系统和离散事件动态系统共同作用的混合系统。文献[3]基于混杂系统模型的研究了一直基于残差状态方程的方法实现了逆变电路的任一桥臂开路故障的诊断。
2 基于信号处理的方法
基于信号处理的方法，是指通过利用频谱、相关函数等信号分析方法，对可以测量的信号进行分析，提取出频率、幅值等特征值，从而检测出故障。与基于解析模型的方法相比最大的特点就是不需要构建电路的准确模型，这为许多复杂系统的故障诊断提供了便利。在基于信号处理的方法中，基于频谱分析的方法和基于小波变换的方法是两种最具代表性的方法，另外还有开关函数法等。
1、基于频谱分析的故障诊断方法
基于频谱分析的方法，是指通过信号处理的方式把时域中的故障波形转换到频域里进行分析，使诊断对象的故障信息变得更加显著，从而实现故障诊断。常见的两种频谱分析法是电流频谱分析和电压谱估计法。文献[3]利用通过对母线电流的低频部分的傅立叶分析逆变电路的故障检测与诊断。
2、小波变换法
小波变换法是以传统的傅里叶变换为数学基础发展出来的一种新方法，它是一种时频分析方法，用来分析时频局部化问题。文献[4]提出了电力电子电路故障的小波变换故障诊断法，根据电路故障信号进行小波处理，通过对故障信号奇异性出现的时间判定实现对电路故障位置。
3、开关函数法
安群涛等[5]提出了一种基于开关函数模型的逆变电路开路故障诊断方法。该方法根据电路发生开路故障后开关元件上承受的电压与电路正常工作时的不同，在器件上设计一些简单的电路，通过比较发生故障时的开关元件上的电压与理论电压的值来诊断和定位器件的开路故障。
3 基于知识的诊断方法方法
1、专家系统法
专家系统法必须首先建立一个电路变量和故障类型、故障点之间对应关系的知识库，故障诊断的过程是通过人机接口得到实际运行中的特征变量值，将它应用到知识库进行推理分析，就得到了电路的基本工作状态和故障信息。
2、模式识别法
模式识别法基本步骤是：首先通过仿真或者实验大量获取电路中某个变量在正常工作及不同故障状态下的波形，将它作为模式识别的特征波形，然后在运行过程中实时监测该变量的波形，将它与特征波形进行模式识别，从而实时监测电路的工作状态。
3、支持向量机法
支持向量机（Support Vector Machine）方法的是通过对训练样本的学习掌握样本的特征，实现对未知的样本进行预测。通过使用向量机对异步电机的定子电流的特征分析，来区别正常和故障发生状态，成功实现了电机故障诊断。
4、神经网络法
神经网络模拟人脑某些特定功能而建立的一种抽象的数学模型，它是由大量简单的处理单元以某种拓扑方式相互连接而成的非线性动力学系统。文献[6]利用神经网络方法对无功发生器中逆变器主回路元件开路故障进行了诊断研究。
4 结语
总的来说，随着故障诊断技术从二十世纪八十年代发展至今，国内外大批专家学者和企业对电机驱动系统逆变器的故障诊断进行了不懈的研究探索，提出了很多具有现实意义的方法，并在实际运用中取得了不少令人满意的实践成果。■
参考文献
[1] 张志学. 基于混杂系统模型的电力电子电路故障诊断[D]. 浙江大学，2005.
[3] 安群涛.三相电机驱动系统中逆变器障诊断与容错控制策略研究[D]. 哈尔滨工业大学，2011.
[3] 杨忠林，吴正国，李辉. 基于直流侧电流检测的逆变器开路故障诊断方法[J]. 中国电机工程学报，2008，28（27）18-22.
[4] 胡志坤，桂卫华，何多昌. 电力电子电路故障的小波分析检测方法[J]. 控制工程，2008，15（3）：337-341.
[5] 安群涛，孙力，赵克，刘超，于丽娜. 基于开关函数模型的逆变器开路故障诊断方法[J]. 中国电机工程学报，Vol.30，No.6，2010（08），1-6.
[6] 苏鹏声，王志强，江建国. 用人工神经网络诊断电力电子电路主回路故障[J]. 清华大学学报（自然科学版），1999，39（3）：19-22.
作者简介：罗凯（1986-），男，硕士研究生，研究方向为船舶电力推进及其控制。