基金項(xiàng)目：山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（Y2001G01）；山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家基金目（02BS020）張承慧（1963-）男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)橹悄芸刂啤㈦娏﹄娮蛹夹g(shù)、電機(jī)與控制。

　　特性偏離了正常范圍，是使得系統(tǒng)表現(xiàn)出所不期望的任何異常現(xiàn)象。變頻器和其他設(shè)備一樣，其故障可按下述原則分類(lèi)。

　　按故障發(fā)生的時(shí)間特性劃分①突發(fā)性故障，往往是突然發(fā)生并使設(shè)備喪失某種功能，②間歇性故障，表現(xiàn)為功能時(shí)有時(shí)無(wú)；③老化性故障，常發(fā)于設(shè)備運(yùn)行壽命的后期。

　　按故障發(fā)生的性質(zhì)劃分①永久性故障，是指由于某種原因所引起的故障現(xiàn)象一直存在下去，如電力電子器件損壞引起的主電路通斷功能喪失，保險(xiǎn)絲熔斷造成的缺相等；②偶發(fā)性故障，是指此種故障現(xiàn)象有時(shí)發(fā)生有時(shí)消失，且完全是隨機(jī)的，相當(dāng)于上述的間歇性故障，例如元件虛焊、接插件接觸不良引起電路異常，外界干擾信號(hào)引起控制邏輯混亂等。

　　按故障發(fā)生的部位劃分①電源故障，指變頻器供電電源存在的故障；②內(nèi)部故障，指變頻器本身的故障，又分（I）直流環(huán)節(jié)故障，包括整流器和中間直流環(huán)節(jié)的故障，（n）逆變器故障，（m）控制系統(tǒng)故障；③負(fù)載故障，即電動(dòng)機(jī)故障。

　　2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前計(jì)算機(jī)硬件和軟件的可靠性已達(dá)到了較高水平，而主電路部分元器件的失效是導(dǎo)致系統(tǒng)失效的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%的控制系統(tǒng)失效都是源于元器件的故障，所以研究變頻器中主電路部分的故障診斷問(wèn)題，無(wú)疑具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。

　　目前的變頻器故障報(bào)警系統(tǒng)都是采用快速檢測(cè)電路，將變頻器和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)反饋至微處理器，并由微處理器按照事先確定的算法處理后，判斷變頻器本身和系統(tǒng)是否異常，并給出相應(yīng)的控制或報(bào)警信號(hào)。這種報(bào)警方式需要的時(shí)間較長(zhǎng)，而且不能實(shí)現(xiàn)精確報(bào)警。目前故障診斷理論在變頻器中的應(yīng)用還很不成熟，這一問(wèn)題已引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視，并在理論上作了一些探討。由于主電路是變頻器比較易發(fā)生故障的部位，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到整個(gè)變頻器的安全性與可靠性，而且這部分的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此目前對(duì)變頻器故障診斷的研究主要集中在主電路部分。

　　2.1基于信號(hào)處理的變頻器故障診斷流電路的故障。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)信號(hào)波形進(jìn)行傅里葉分析，將時(shí)域信息變換到頻域分析，根據(jù)幅值特征診斷出是哪一類(lèi)故障，再利用相位特征診斷到故障類(lèi)中的具體故障元。提出基于沃爾什分析法的三相全控整流電路診斷方法。通過(guò)對(duì)電路中包含故障信息的關(guān)鍵點(diǎn)波形作沃爾什變換，將時(shí)域中波形的一個(gè)周期變換到頻率域中，利用頻率域中的故障特征，實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)與定位。基于信號(hào)處理的。

　　故障診斷方法，無(wú)需對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，靈敏度高，診斷速度快，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可在線實(shí)時(shí)故障診斷，但比較大的難點(diǎn)是故障特征判別參數(shù)的設(shè)定，沒(méi)有一種通用的、切實(shí)可行的設(shè)定方法，通常需要根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)整理歸納來(lái)設(shè)定。

　　2.2基于故障樹(shù)的變頻器故障診斷是一個(gè)基于被診斷對(duì)象結(jié)構(gòu)、功能特征的行為模型，是一種定性的因果模型，以系統(tǒng)比較不希望事件為頂事件，以可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的其他事件為中間事件和底事件，并用邏輯門(mén)表示事件之間聯(lián)系的一種倒樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。它反映了特征向量與故障向量（故障原因）之間的全部邏輯關(guān)系。

　　基于故障樹(shù)變頻器故障診斷方法的步驟①選擇合理的頂事件，一般以待診斷對(duì)象故障為頂事件；②建造正確合理的故障樹(shù)，根據(jù)對(duì)變頻器進(jìn)行的故障分析，建立如所示的故障樹(shù)③選擇合理的搜尋方，進(jìn)行故障搜尋與診斷。

　　變頻器故障變頻器的故障診斷樹(shù)故障樹(shù)法對(duì)故障源的搜尋，直觀簡(jiǎn)單，靈活性大，通用性好，它是以正確故障樹(shù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，因此建造正確合理的故障樹(shù)是診斷的核心與關(guān)鍵。

　　2.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變頻器故障診斷由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器不需要對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，所以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引人故障預(yù)測(cè)與診斷是一種頗具潛力的方法，特別是在故障類(lèi)型和故障信號(hào)之間的邏輯關(guān)系難以描述的場(chǎng)合。而變頻裝置是一個(gè)隨機(jī)性、模糊性很強(qiáng)的系統(tǒng)，用傳統(tǒng)的方法難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地、快速地故障檢測(cè)、定位，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為解決這一問(wèn)題提供了有效途徑。介紹了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感應(yīng)電機(jī)的電壓型變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)。提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與頻譜分析和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與波形直接分析兩種故障診斷方法。將一種改進(jìn)的聯(lián)想記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于變頻器的故障診斷。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷雖然有它獨(dú)特的優(yōu)越性，但也存在一些困難。主要表現(xiàn)在三方面：一是訓(xùn)練樣本獲取困難；二是忽視了領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)；三是網(wǎng)絡(luò)權(quán)值形式表達(dá)方式難以理解。

　　2.4其他變頻器故障診斷方法變頻器的故障診斷涉及到產(chǎn)品的可靠性，非常值得開(kāi)發(fā)和研究，可以采用的方法也多種多樣。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者從各種角度研究了變頻器的故障診斷技術(shù)。文提出了一種基于逆變器三相平均輸出電流Park矢量的電壓源逆變器故障診斷方法。

　　文采用狀態(tài)次序法診斷整流電路和逆變電路中的六路觸發(fā)脈沖故障。文介紹了一種在線診斷PWM逆變器觸發(fā)脈沖間歇性丟失故障的方法。

　　變頻器直流側(cè)電解電容的壽命是有限的，且短于其他半導(dǎo)體元器件，因此對(duì)其故障的預(yù)測(cè)及診斷就顯得非常重要。文等通過(guò)測(cè)量直流測(cè)電壓及流過(guò)電容的電流計(jì)算出電解電容的內(nèi)部串聯(lián)電阻（ESR），然后推算出其剩余壽命（電容的壽命與ESR密切相關(guān)），從而能有效避免電容因老化性故障引起的系統(tǒng)癱瘓。

　　3變頻器故障診斷技術(shù)的展望變頻器作為一種應(yīng)用廣泛的電力傳動(dòng)設(shè)備，其診斷技術(shù)的研究具有廣泛的理論研究意義和深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。目前和今后的研究方向主要集中在以下幾個(gè)方面：引人一些新的理論，例如在變頻器的故障診斷中，大都需要處理一些關(guān)鍵信息，可以引入數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘、小波變換等技術(shù)對(duì)信息作進(jìn)一步深人的處理；由于變頻器故障診斷是一個(gè)相對(duì)較新領(lǐng)域，目前一般采用BP網(wǎng)絡(luò)來(lái)研究，但BP網(wǎng)絡(luò)存在收斂速度慢、有局部極小點(diǎn)、加入新樣本后需重新進(jìn)行學(xué)習(xí)等缺點(diǎn)，可以借鑒神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在其他領(lǐng)域中故障診斷的應(yīng)用成果，采用聯(lián)想記憶、ART、自組織等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)探索研究變頻器的故障診斷問(wèn)題；融合多種診斷方法研究變頻器的故障診斷技術(shù)，例如綜合采用小波變換、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)等方法。由于每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和不足，這種集成故障診斷方法必然有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)；目前對(duì)變頻器故障診斷問(wèn)題的研究主要局限于內(nèi)部的某個(gè)單元（如整流部分或逆變部分），將變頻器作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究是一個(gè)很有難度的課題，但很有發(fā)展前途；深入分析變頻器的故障機(jī)理，建立其預(yù)警系統(tǒng)，做到防患于未然，能大大減輕對(duì)生產(chǎn)的影響，降低其維修費(fèi)用；利用DSP數(shù)字處理芯片將預(yù)警及診斷算法硬件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)作一個(gè)專(zhuān)用電路嵌人到變頻器中，或者將預(yù)警及診斷算法內(nèi)嵌到變頻器的控制芯片中，將理論研究硬件化、實(shí)用化，前景非常誘人。

　　4結(jié)語(yǔ)變頻器作為一種常用的、復(fù)雜的電力設(shè)備，其故障診斷技術(shù)愈來(lái)愈受到人們的重視。本文通過(guò)分析，提出了今后的研究思路，融合多種診斷方法，深人研究變頻器的故障診斷技術(shù)，建立其預(yù)警系統(tǒng)，利用DSP數(shù)字處理芯片將預(yù)警及診斷算法硬件實(shí)現(xiàn)，將具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。