基于小波變換的無刷直流電動機逆變器故障檢測仿真研究
賀昌權，包廣清（蘭州理工大學電氣工程與信息工程學院，蘭州730050）
摘要：針對無刷直流電動機逆變器功率管短路及開路故障，文中采用小波變換對電機轉速信號進行
時間一頻率域分析，并結合傅里葉變換進行對比研究。仿真結果表明小波變換能有效地實現逆變器的故障檢測。
關鍵詞：無刷直流電機；逆變器；故障檢測；小波變換；傅里葉變換
中圖分類號：TM36 +1; TP277 文獻標志碼：A 文章編號：1001-6848( 2010) 01-0074-04
O引 言
逆變器供電的無劇直流電動機驅動系統具有運行性能優(yōu)良、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)、商業(yè)、航空、軍事等領域。然而在實際應用過程中，驅動系統的電動機、逆變器及其控制電路是最易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)，其可靠性問題始終沒有得到充分鱗決。其中，功率半導體器件是驅動系統中最易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)，其故障率約占整個系統故障的百分之八十二點五[1]。
功率變換器故障將影響電機的供電質量，使電動機在非平衡電源狀態(tài)下工作，不但降低電機使用壽命，還造成驅動系統整體工作性能惡化。這在一般場合會影響生產的正常進行，帶來經濟損失，而在航空、軍事等重要場合，將造成災難性后果。為了及時了解電動機工作狀態(tài)并有效防止逆變器故障對電動機的損壞，對電動機驅動系統的故障檢測顯得至關重要。文獻[1]中通過卡爾曼濾波方法對變頻調速系統基本正序對稱分量的實時在線估計來實現逆變器故障的實時在線檢測。但是，卡爾曼濾波的不足是需要知道系統的狀態(tài)模型、量測模型和噪聲模型，且越精確越好。文獻[5]中采用傅里葉變換來實現逆變器的故障檢測，但是在實際信號采集中，很難實現整周期采樣，以至在信號處理時容易出現譜泄露問題，從而影響傅里葉變換的準確性。本文采用小波變換對電機定子電流分析，實現逆變器的故障檢測，克服了文獻[1]需要建立精確數學模型和文獻[5]
霈要整周期采樣的缺陷，實驗證明小波變換能起到比較好的檢測故障的作用。
1小波理論及故障檢測的原理
1.1小波變換理論
小波( Wavelet)，即小區(qū)域的波，是一種特殊的長度有限、平均值為0的波形[2]。
小波函數的確切定義為：設Ψ(t)為一平方可積函數，即  ，若其傅里葉變換Ψ(ω)滿足條件： 則稱V(t)為一個基本小波或小波母函數，我們稱式(1)為小波函數的可容許條件。將母函數Ψ(t)
伸縮和平移之后得到的函數族稱為分析小波。其連續(xù)小波基函數形式為
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a，τ的小波基函數。 對任一函數  ，連續(xù)小波變換定義為  連續(xù)小波逆變換為
其離散小波基函數形式為
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