基于Labview的开关磁阻电机故障诊断实验平台
摘要：开关磁阻电机因其结构简单，调速范围宽，容错性好等特点得到了广泛的运用。功率变换器是开关磁阻电机驱动系统的中枢，是系统中最易出现故障的薄弱环节。本文利用Labview搭建了开关磁阻电机系统故障测试平台，通过对开关磁阻电机驱动系统正常运行、功率变换器发生故障时相电流波形进行对比，诊断开關磁阻电机驱动系统故障类型。
Abstract： Switched reluctance motor （SRM） has simple structure， wide speed range and good fault tolerance， so it has been widely used. The power converter is the center of the switched reluctance motor drive system. It is the weakest link in the system. In this paper， a fault test platform for switched reluctance motor system is built by Labview. On this platform， the fault type of switched reluctance motor drive system is diagnosed by comparing the phase current waveform of the switched reluctance motor drive system with normal operation and power converter failure.
Key words： switched reluctance motor；Labview；fault diagnosis。
中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2018）14—0146—03。
0 引言。
开关磁阻电机作为一种交流调速新品种，具有效率高、工作可靠、坚固、结构简单等特点，开关磁阻电机调速系统（Swithed Reluctance Drive，SRD）便是由其构成，它是一种具有特殊的双凸极结构的新型电机驱动系统[1]。它综合了直流电动调速系统和异步电动机变频调速系统的优点，具备调速性能优异、调速范围宽的特点。凭借这些优势开关磁阻电机被广泛用于一些环境恶劣、要求连续工作的场合，比如高转速电机、牵引电机、矿井提升机、车载系统、航空工业/发电系统、通用工业等方面[2—4]。
功率变换器及其驱动电路作为开关磁阻电机控制系统的中枢执行机构，其是否安全可靠直接关系到整个系统性能。但在实际的应用中发现，各类功率变换器故障[5—7]经常出现，且原因多种多样。由于长久以来功率变换器可靠性的问题一直未能得到妥善解决，使得功率变换器部分成为整个电机驱动系统最容易出现故障的部分。有资料表明，在变频调速过程中，整个控制系统故障的约82.5%都属于功率变换器故障。然而，开关磁阻电机各相在磁路和电路上相互独立，因此功率变换器发生故障的概率相对更大。为此，开关磁阻电机的故障诊断成为各学者对开关磁阻研究的重要内容之一。
1 Labview测试系统平台搭建。
LabVIEW，又称实验室虚拟仪器工程平台，它是由美国国家仪器公司所开发的图形化程序编译平台[8]，一种业界领先的工业标准图形化编程工具，主要用于开发测试、测量与控制系统。这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的VXI机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。VXI仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的PXI标准仪器[9]。
本文基于labview软件编程结合NI—1062Q型主机系统以及PXI_6238 DAQ数据采集板卡硬件开发平台。对SRM系统电机相电流、转速数据以及波形采样分析，人为设定电机故障并对采集到的数据进行故障诊断分析。
平台采用Labview2011版本作为开发环境，PXI_6238 DAQ板卡为—20mA—20mA电流采样型，功率变换器采样电路采集信号为电压信号，所以在连接板卡前将采样输入端并联500欧姆电阻进行电压电流转换。正确连接数据输入端口。通过MAX助手设置采样通道，以及采样频率。为实验观察方便，实验设置采样频率为1kHz，采样点数为100。设置完成采样通道，CTRL+N新建VI进行测试界面以及测试程序编写。最终搭建labview测试平台及测试程序如图1所示。
2 基于labview测试平台的SRM故障分析。
对于功率变换器来说，常见的故障有：功率变换器的功率管短路、开路或者性能发生偏移等故障，除此之外还有续流二极管的短路、开路故障[10—11]。
为对比分析需要，通过测试平台采集得到SRM正常运行过程中三相电流波形图、C相电流波形图以及转速波形图，如图2所示各测试项波形图。实验中开关磁阻电机采用6/4结构，12V供电电源的小型电机。功率变换电路采用不对称半桥电路结构，上下管均采用PWM波脉宽调制。从图2—a看出A、B、C三相绕组顺序导通，图2—b为提取到的单相电流波形图，测试中取C相进行测试，该图方便显示各时间段电流变化，为功率管短路、开路及性能偏移实验提供分析需求。图2—c实时显示转速变化曲线，为故障诊断提供分析依据。
对电机进行人为故障设定，并实时监测相电流波形变化以及转速变化。首先对功率变换器C相进行开路实验测试，由于SRM容错性好，去除单相功率管电机能够照样启动运行。C相开路labview系统测试波形如图3所示。从图中可以看出功率管開路时，C相电流波形缺失，由于系统采用闭环调速，系统稳定运行时转速略微下降后调节会设定值保持稳定。通过波形分析发现功率变换器为C相开路故障状态运行。为实现故障诊断目的，更全面分析需求，labview提供了丰富的数据存储功能。研究人员可以对采样到的数据进行更详细全面的分析，如支持向量机分析、小波分析等。
根据采样得到数据利用excel绘制得到波形如图4所示，从图中可以看出C相瞬时开路的情况下转速及相电流会出现一定程度的下降，开路故障解除后恢复到设定值。
为了更好地实现labview数据检测功能。对C相功率管瞬间开路故障情况分析我们通过采集实时到的数据进行系统分析，对正常启动运行过程中的电机，将其功率管上管进行瞬时开路，采集到的转速数据如表1所示（由于篇幅限制文中列出部分有用数据），相电流数据不一一列出，正常运行时。由此可以正确分析出开关磁阻电机功率变换器瞬间开路故障状态。
功率变换器短路故障及功率变换器性能偏移故障分析方法类似于功率变换器开路故障检测。同样可以通过相电流以及转速波形图或采集数据进行分析，达到准确检测故障的目的，由于数据量以及波形图片量大，该论文部分不做一一介绍。
学习研究具有重要帮助。
参考文献：
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