变频调速系统的故障诊断研究.doc
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摘要
本文结合国内大型钢铁行业的实际情况，概述了调速系统的组成与结构，着重分析了交-交变频器在同步电动机调速系统中的工作方式，并介绍了交-交变频器的常见故障。
考虑实际生产中的交-交变频器其内部信息难以获取，选择利用相关输入/输出电量（如电压、电流等）作为检测对象，来诊断变频器内部故障。
针对实际变频器利用实验实际获取数据难的情况，对具体工作状况，应用MATLAB软件对整个调速系统进行仿真实验。
在仿真模型的基础上，模拟了在实际工况中常见故障，如晶闸管开路、短路的情况，并获取三相输出电流的试验数据，通过FFT变换，将变换后的数据作为诊断的基本信息。
通过对国内外多种神经网络和智能故障诊断技术的分析比较，并考虑到直接检测变频器内部有关信息的难度，本文提出并研究了基于神经网络的变频器故障诊断技术，以变频器输入/输出有关电量（电压、电流等）特征值作为神经网络的输入，通过神经网络的自学习方式，对变频器内部晶闸管故障进行定位。
并针对BP神经网络的不足，引进了带偏差的递归神经网络来改进故障诊断的有效性。
通过对比分析可知，大大改进的神经网络拟合效果和泛化能力强。
仿真实验和研究表明，该方法能迅速的进行故障判断，同时对故障发生的晶闸管故障准确定位，有效的减少了排查故障的时间，提高了交-交变频器运行的可靠性，确保了生产正常进行，为交-交变频器的智能故障诊断技术应用提供了新的思路。
关键词：
交-交变频器仿真故障诊断
Abstract
ThecharacterofCycloconverteriswithoutDClink,smallvolumeandsoon.Thencycloconverteriswidelyusedintheconditionoflowrotatespeedandhighcapacity,asit’susedinthedrivesystemofrollingmill.Duetotheimportantfunctionofcycloconverterinthesystem,oncethefaultofcycloconvertehappens,ifthepositionandreasonofthefaultcan’tbefoundintime,itwillinducegreateconomicloss.Atpresenttheintelligentfaultdiagnosisforfrequencyconverterisnotperfectlyachieved,andtheresearchesonAC-DC-ACconverterfaultdiagnosisaremore,thentheresearchisveryessentialandpracticaltosetupthecycloconverterfaultdiagnosissystem.
Thethesisassociatestheactualconditionofsteelindustryincountry,summarizesthecomposingandframeofthesystem,emphasizestheanalysisofworkmethodofcycloconverterinsychchro-motorspeedgoverningsystem,andintroducesthecommoncycloconverterfaults.Aimingattheactualworkcondition,thespeedgoverningsystemissimulatedbyMATLAB.Basedonthesimulationmodel,thecommonfaultissimulated,forexampleSCRshortoropencondition,thentheexperimentdataofthreephaseoutputcurrentisgotandtransformedbyFFT.Thetransformeddataistakenasthebasicfaultdiagnosisinformation.BystudyingandanalyzingthevariousNeuralNetworkandintelligentfaultdiagnosis,associatingthedifficultywhichistomeasuretheinteriorsignalofcycloconverter,thethesisputsforwardthecycloconverterfaultdiagnosiswhichbasesonNeuralNetworkandtakescycloconverterinputvoltageandoutputcurrentastheinputofNN.Accordingtotheself-learningandnon-linearityofNN,itcanconfirmthepositionofSCRfault.AtlastaimingattheshortageofBPNN,thethesisintroducestherecurrentneuralnetworkwithbias（RNNB）.Bycomparison,thegoodgeneralizationandfittingofRNNBareproved.ThesimulationexperimentandresearchindicatethatthemethodcanquicklydiagnosethefaultandconfirmthepositionofSCRfault,efficientlyreducethetimeofsearchingthefault,enhancingthereliabilityofcycloconverter,assurethegoodproduction,putforwardanewideaofresearchoncycloconverterintelligentfaultdiagnosis.
Keywords:
CycloconverterSimulationFaultDiagnosis,
44
目录
前言 1
1交交变频器 3
2交交变频电路 6
2.1单相交交变频电路 6
2.1.1电路构成 6
2.1.2工作原理 6
2.1.3整流与逆变工作状态 7
2.1.4输出正弦波电压的调制方法 9
2.1.5输入输出特性 11
2.2.1电路接线方式 13
2.2.2输入输出特性 16
2.2.3、改善输入功率因数和提高输出电压 17
3信号分析 19
3.2离散傅立叶变换（DFT） 19
x（n）——时间采样间隔为T的N个时域采样值。
20
3.3MATLAB中的FFT函数 20
3.4函数在故障定位综合程序中的应用 21
3.4.1FFT函数用于相量图绘制 21
3.4.2FFT函数用于频谱图绘制 22
3.4.3FFT函数的其他应用 23
3.5Matlab的FFT及其应用 23
3.5.1FFT算法 23
3.5.2FFT的计算量 24
3.5.3FFT算法的Matlab实现及应用 24
3.6数字式分析处理中的若干问题 25
3.6.1.频率混淆 25
3.6.2.采样频率及频率分辨力 26
3.6.3.采样点数N的选择 27
3.6.4.窗函数、截断和泄漏 27
3.6.5平均化处理 30
4变频器故障及诊断的研究 31
4.1变频器 31
4.2变频调速系统的故障诊断技术发展：
31
4.2.1故障检侧与诊断技术的发展 31
4.3变频器故障分析与处理 33
4.3.1变频器的常见故障分析 33
4.3.4故障诊断方法 37
5MATLAB仿真 39
结论 42
致谢 43
参考文献 44
前言
电力电子器件的发展为交流调速系统的发展莫定了物质墓础。
20世纪50年代末出现了晶闸管，由晶闸管构成的静止变频电源输出方波或阶梯波的交变电压，取代旋转变频机组实现了变频调速.然而晶闸管属于半控型器件，可以控制导通，但不能由门极控制关断，因此由普通晶闸管组成的逆变器用于交流调速必须附加强迫换向电路。
70年代以后，功率晶体管（GTR）.1r7极关断晶闸管（GTO晶闸管）、功率MOs场效应晶闸管（PowerMOSFET）.绝缘栅双极晶闸管（IGBT）.MOS控制晶闸管（MCT）等已先后问世，这些器件都是既能控制导通又能控制关断的自关断器件，又称全控型器件。
由这些器件组成的逆变器构成简单、结构紧凑。
IGBT由于兼有MOSFET和GTR的优点，是用于中小功率目前最为流行的器件，MCT则综合了晶闸管的高电压、大电流特性和MOSFET的快速开关特性，是极有发展前景的大功率、高频率开关器件。
由于电力电子器件正向大功率化、高频化、模块化、智能化发展。
80年代以后出现的功率集成电路（PowerIntegratedCircuit-PIC）.集功率开关器件、驱动电路、保护电路、接口电路于一体，这不但提高了可靠性，而且具有设备体积小、功能多、成本低等优点，免去用户设计或选用驱动电路与保护电路的麻烦，用起来大为方便。
作为PIC的过渡产品，如智能功率模块（InteligentPowerModule-IPM）等，在交流变频调速中已广泛使用。
随着新型力电子器件的不断涌现，变频技术获得了飞速发展。
以普通晶闸管构成的方波形逆变器已被全控型高频率开关器件组成的脉宽调制（PWM）逆变器取代。
同时随着器件开关频率的提高，借助于消除特定谐波的PWM逆变器控制模式，已使PWM逆变器的输出波形非常通近正弦波。
为了降低开关损耗和提高工作效率，人们又提出了一种新型的谐振型软开关逆变器。
应用谐振技术可使开关元件在零电流或零电压下进行开关状态转换，开关损耗几乎为零，这又使得电动机变频调速技术迈上一个新台阶。
在变频技术日新月异地发展的同时，交流电动机控制技术的发展方兴未艾，非线性解祸控制、人工神经网络自适应控制、模糊控制等各种新的控制策略正不断涌现，展现出更为广阔的前景，必将进一步推动电动机变频调速系统的飞速发展。
原来一直由直流调速占领的应用领域，现已逐步由交流调速系统取而代之。
值得一提的是，作为交流变频调速之一的永磁同步电动机驱动系统，由于其既具有电励磁直流电动机的优异调速性能又实现了无刷化，这在要求高控制精度和高可靠性的场合，如航空航天、军事装备、数控机床、电动汽车、机器人、计算机外围设备、家用电器等方面都获得了广泛应用。
1交交变频器
交交变频技术早在上世纪30年代首先在德国，将频率50Hz变为16.7Hz的交流电，但由于当时的大功率电子技术还处在初级发展阶段，没有得到实际的推广应用。
到上世纪50年代中期，随着大功率晶闸管的出现，为交交技术
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