基于观测器的方法在三相逆变器故障诊断中的应用

32三相逆变器的故障模型

对于上述逆变器，根据前面的讨论可知，它可能发生的故障主要是F5或F6。其中当出现F6时，由于会立即出现电源间短路，保护电路会迅速起动，关闭系统的运行，因此对其进行故障检测和分离的意义不大。下面我们针对F5进行分析。

当逆变器某一个晶体管出现基极开路故障时（以Q3为例），负载电流将不再为正弦波形。如果此时相电流iL2>0，则iL2无法连接到电源的正端，而只能够通过Q6的旁路二极管连接到电源的负端，从而iL2迅速衰减到0。在这个过程中，电流控制器的输出要增大以补偿iL2的衰减。当电流回到负半周时，Q3不再起作用，系统正常工作。这样，从整个运行周期来看，故障相电流将在负载上产生直流分量，对系统运行是有害的，应该排除故障。设逆变器各相产生的PWM控制电压为ui=Vi(i=1,2,3)，则当某相上臂GTR出现基极开路故障时，该相控制电压变为：而当其中一相下臂GTR出现基极开路故障时，该相控制电压为：因此，系统在故障情形下，状态方程为：其中fi(t)(i=1,2,…,k,k=6)表示Qi基极开路时的故障向量见式（6）：

对于由式（4）（5）组成的系统Σ，我们有如下定义和定理。

定义1对于系统Σ，当它只发生单故障时，如果对于ik，jk，i≠j，fi(t)引起的系统响应Yi(t)与fj(t)引起的系统响应Yj(t)不相同，即Yi(t)≠Yj(t)，则称故障向量fi(t)和故障向量fj(t)是可区分的。如果任意两个向量是可区分的，则称系统为单故障源可隔离的。

图3系统运行时正常与故障相电流观测误差