摘要：为了保证变频器正常发挥作用，高效的进行变频器集成故障诊断与容错控制是非常有必要的。截至目前为止，随着科学技术不断发展，计算机科学技术和自动控制技术已经和变频器集成故障诊断有机的结合在一起，可以发挥更好的效果，为保证变频器的正常工作运行打下了坚实的基础。
关键词：变频器；集成；故障诊断；容错控制
1 变频器集成故障诊断与容错控制的基本概念与具体内容
1.1 变频器集成故障诊断与容错控制的基本概念
所谓变频器集成故障诊断与容错控制，顾名思义指的是在进行变频器内部构造检修的基础之上，根据对设备检修结果的整理和分析，有效的制订出一套合理的变频器各个项目的状态检修时间和流程。具体来说，就是在发现变频器状态存在问题之后，在第一时间对要进行检查或修缮内部的设备进行检修工作，保证变频器内部的各个设备可以安全高效运行，保证变频器可以及时的发现故障问题并进行解决。变频器集成故障诊断与容错控制主要在变频器内部构造运行状态研究的基础之上，结合计算机科学技术、传感器诊断技术等手段，准确找出变频器内部构造运行状态存在的问题。具体来说，变频器设备状态检修的内容包括：变频器设备运行状态实时监测、变频器设备带电运行、变频器设备故障诊断等。截至目前，变频器集成故障诊断工作都是通过传感器诊断技术完成的，在这样的背景下，很难全面完善变频器内部构造存在的问题。针对这样的情况，在进行变频器故障诊断过程中，要尽可能的完善变频器集成故障诊断工作的功能，发现设备剩余的问题，以待后续解决。
1.2 变频器集成故障诊断的具体内容
变频器集成故障诊断时，监测的主要内容是对变频器内部构造的运行状态进行。与此同时，为了有效保证变频器集成故障诊断的有效性，在进行变频器集成故障诊断过程中，需要对变频器的运行寿命进行分析评估。一般情况下，变频器的主要内容包括：变频器进行频率测定、变频器进行变频能力测量，变频器是否存在信号干扰问题、变频器二次逻辑系统，看看变频器是否具有自动修复功能、变频器二次通信系统和电流屏蔽系统等，进行对变频器的功能的评价。一般情况下，变频器内部构造交流测量主要通过系统内部的PT、CT二次回路进行输入交流电处理，以便测量变频器内部构造线路是否有效运行；变频器内部构造进行直流操作，变频器内部构造是否存在信号干扰问题主要是通过接通直流电，变频器内部构造是否可以在通直流电基础上，保证变频器设备的自动运行；变频器内部逻辑系统主要指的是查看变频器系统内部是否具有自动化的控制能力。
2 变频器速度传感器集成故障诊断与容错控制
2.1 速度传感器故障诊断方法
石油钻机作为油田生产重要的设备之一，随着井深增加，钻杆逐渐增长，对钻机电气传动系统的性能要求越来越高，这势必需要变频器相关技术对其正常运行提供保障。由于变频器受到地质、高温、粉尘、电网质量等影响，出现了诸多故障，为确保变频器速度传感器故障发生后能及时在线诊断并定位，在不停机的条件下将传感器VC模式动态的过渡到SLVC模式，那么变频器首先需要诊断出SSF，然后制定出相关的容错控制措施，实现设备安全可靠地运行。
2.1.1 硬件诊断法
速度传感器故障诊断方法主要划分为软件法和硬件法两种。硬件法又包括直接硬件检测法和脉冲分析故障诊断法。硬件法检测速度较快，但由于其系统成本过高，没有一个相对完整的电路，无法诊断出各种输出类型速度传感器所有的故障。例如采用直接硬件检测速度传感器故障法，最终只能检测出电压输出类型的速度传感器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于设备无故障情况下，接口端子处的电压降低，难以击穿稳压管，造成后级三极管难以导通，此刻检测电路输出为高电平，这就说明该速度传感器没有发生故障。往往硬件检测法只能对接口电路是电压输出类型的传感器故障进行检测，不适用于目前市场上存在的PNP集电极开路输出型、NPN集电极开路输出型以及驱动线性输出型传感器的断线故障的检测，主要原因是检测电路的上拉电阻功能失效。另外，硬件诊断法还有一种是通过脉冲信号检测速度传感器故障。
2.1.2 软件诊断法
软件诊断法是基于神经网络、基于小波变换以及基于状态观测器的诊断方法。前两种方法计算量较大，变换复杂，不适应于实际诊断中。因此本文主要采用状态观测器进行速度传感器故障诊断，并利用状态观测器进行转速的估计，进而将发生故障后传感器的控制模式切换至不带速度传感器的控制模式，实现容错控制。
2.1.3 基于状态观测器速度传感器故障诊断
为确保状态观测器更好的对速度传感器故障进行诊断，应该基于感应电机状态观测器模型。如果速度传感器故障发生，那么感应电机模式将不匹配观测器模型，估算电机电流与实际电流不等，增大残差信号E，那么故障的判定就可以以残差信号E与某一阈值相比结果作为依据。为使变频器在速度传感器故障后实现系统不停机条件下进行容错控制，则需要及时诊断出SSF故障后将系统从VC模式切换到SLVC模式，实现系统在不同场合的应用。
2.2 感应电机SLVC实现
感应电机SLVC主要是省去VC方法，借助数学模型估算感应电机转子转速，其稳态性能虽然比VC法低，对电机参数准确度具有较高依赖程度，但其仍然具有较好的使用性能，在诸多场合得到了广泛应用。实现感应电机SLVC方法很多，如模型参考自适应法、卡尔曼滤波器法、转子转速估计法以及一些非线性控制方法等。
2.3 感应电机速度传感器故障容错控制
在状态观测器完成了感应电机速度传感器故障诊断以及实现电机SLVC基础上，由于受到变频器控制器执行能力限制，观测器故障诊断方法和速度估计模型计算量较大，对变频器控制芯片DSP来讲，是一个较大的负荷。同时还要满足不停机情况下进行容错控制，应在控制器中将SLVC算法和速度传感器故障诊断模块同时运行，以确保系统发生故障后能及时切换控制模式。因此可以采用两个观测器，降低系统的复杂度，提高在线监测的实时性；同时速度评估算法结合传感器故障诊断，降低系统计算量，快速准确的诊断出故障，实现容错控制，满足故障后控制模式的动态平滑切换。对于惯性较大的电机来讲，该设计方法完全可以满足要求，且不受速度传感器故障接口及类型的影响。
总而言之，在现代化的工业生产当中，变频器已经得到了十分广泛的应用，并且已经发挥了重要的作用，同时其节能、高效等特点也符合了现代社会的发展要求。但是变频器同时也具有容易发生故障、影响工业生产等方面的问题和不足。只有加强对变频器的集成故障的诊断，及时的做好防治措施，才能有效的减少和避免变频器故障的发生，减少对工业生产造成的损失。
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论文作者:吴林俊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/3
标签：变频器论文; 传感器论文; 故障诊断论文; 故障论文; 观测器论文; 速度论文; 电机论文; 《电力设备》2018年第6期论文;