【變頻器故障診斷分析16000字（論文）】

目錄TOC\o"1-3"\h\u31231摘要 I65861緒論 14401.1課題研究背景及意義 1109111.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2168211.2.1IGBT驅(qū)動保護(hù)研究現(xiàn)狀 2270791.2.2變頻器中IGBT故障診斷研究現(xiàn)狀 23862變頻器及其故障診斷 4170722.1變頻器概述 4321202.2.變頻器的基本結(jié)構(gòu)及分類 4194162.3變頻器故障分析及故障診斷 5142083變頻器驅(qū)動故障診斷與原因分析設(shè)計(jì) 6141763.1驅(qū)動電路設(shè)計(jì)方法 6229513.1.1驅(qū)動條件與主要特性的關(guān)系 635303.1.2驅(qū)動方案設(shè)計(jì) 8241723.2電流采樣電路的設(shè)計(jì) 8111553.3短路與接地故障保護(hù) 9134153.3.1保護(hù)方案設(shè)計(jì)目的 91883.3.2保護(hù)方案設(shè)計(jì) 10573.4IGBT故障原因分析 11188163.4.1IGBT故障產(chǎn)生 11304353.4.2故障診斷分析 11291243.4.3故障診斷方法 13235434變頻器故障診斷效率的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析 1384564.1短時(shí)傅里葉分析的故障特征提取 13190174.2人工蜂群算法的生物背景 1568804.3人工蜂群算法原理 16253364.4人工蜂群算法優(yōu)化過程 18164534.5識別結(jié)果分析 2077005總結(jié)與展望 228240參考文獻(xiàn) 24變頻器故障診斷研究摘要在工業(yè)生產(chǎn)中，節(jié)能環(huán)保一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。變頻器由于其良好的調(diào)速和節(jié)能效果，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。但逆變器的運(yùn)行條件往往較差，導(dǎo)致逆變器故障居高不下，而逆變器中使用的IGBT器件相對敏感，可能會在關(guān)鍵時(shí)刻導(dǎo)致運(yùn)行不可靠，保護(hù)過早導(dǎo)致故障。如果發(fā)生故障，將影響工業(yè)生產(chǎn)的水平標(biāo)準(zhǔn)，最壞的情況下可能會危及人身安全。該研究提出了IGBT作為變頻器的“心臟”，以及檢測IGBT是否能在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，并在運(yùn)行過程中進(jìn)行可靠監(jiān)測的問題。本文從逆變器使用前、運(yùn)行中、故障后三種錯誤狀態(tài)對IGBT逆變器的保護(hù)和錯誤檢測進(jìn)行了研究。根據(jù)IGBT在錯誤模式下下降的錯誤狀態(tài)，本文將設(shè)計(jì)保護(hù)卡，采用特殊的操作策略，可靠地保護(hù)IGBT不受損壞，以此保障實(shí)驗(yàn)的完整性。關(guān)鍵字：IGBT，變頻器，故障1緒論1.1課題研究背景及意義隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)改革的能源消耗也逐年增加。據(jù)相關(guān)專家預(yù)計(jì)，我國到2035年時(shí)，整體的能源消費(fèi)總量預(yù)計(jì)將達(dá)到60億噸碳，約占世界能源消費(fèi)總量的24%。然而，在這組數(shù)據(jù)背后，我國的單位能耗占了很大一部分，也就是說對于促進(jìn)我國的整體經(jīng)濟(jì)增長的占比是非常少的。與此同時(shí)，能源轉(zhuǎn)換方法的長期滯后和能源利用的低導(dǎo)致了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)破壞日益嚴(yán)重。在“十一五”規(guī)劃中，國家提出要減少能源浪費(fèi)和尾氣排放，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)過程中堅(jiān)持節(jié)能環(huán)保，構(gòu)建可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，保持可持續(xù)健康運(yùn)行。經(jīng)濟(jì)增長。許多發(fā)動機(jī)用于工業(yè)生產(chǎn)。采用變頻技術(shù)對泵、風(fēng)機(jī)、插頭等設(shè)備的驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，可達(dá)到15-20%左右的節(jié)能減排效果。然而由于各種原因，一般機(jī)械設(shè)備制造商使用交流驅(qū)動器的比例還沒有達(dá)到10%。據(jù)了解，我國用于泵、風(fēng)機(jī)等工業(yè)設(shè)備的電動機(jī)數(shù)量近2000萬臺，而用于上述設(shè)備的電動機(jī)耗電量約占工業(yè)發(fā)電總量的一半。大多數(shù)運(yùn)行效率低下。該電廠的效率將提高約12.5%，工業(yè)用電將節(jié)省約300億千瓦，整體節(jié)能效果顯著。近年來，隨著變頻技術(shù)的加速發(fā)展，國內(nèi)許多小型廠家也開始對其變頻技術(shù)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化和更新，其中大多采用性能優(yōu)良的低功耗通用變頻器。同時(shí)，具有廣泛的應(yīng)用場景，對于節(jié)能減排和促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。逆變器的核心器件是IGBT(絕緣柵雙極晶體管)，一種被稱為IGBT的隔離雙極晶格晶體管。IGBT是一種新型的功率半導(dǎo)體器件，具有開關(guān)速度快、電阻電壓高、電流大等優(yōu)點(diǎn)。容量和耐熱性。IGBT的諸多優(yōu)點(diǎn)使其成為工業(yè)應(yīng)用如逆變器、有源濾波器、芯片電源等以及家用電器如空調(diào)、冰箱等理想的電源設(shè)備。近年來，由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器、有源電力濾波器、UPS電源、電焊機(jī)、醫(yī)療設(shè)備等電力電子應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速。IGBT被廣泛使用。自20世紀(jì)末IGBT作為第三代發(fā)電廠出現(xiàn)以來，IGBT在國際市場的年增長率已達(dá)30%以上，并在近幾年持續(xù)穩(wěn)步增長。特別是在電力電子應(yīng)用中，如需要低損耗的低功率低壓變換器中，IGBT具有優(yōu)異的性能優(yōu)勢，已取代mosfet和gto成為電力電子行業(yè)最受歡迎的功率開關(guān)器件。目前市場上大多數(shù)IGBT控制電路都是IGBT設(shè)備廠家提供的專用配套控制器，不僅價(jià)格昂貴，而且復(fù)雜、難以更換匹配。同時(shí)，電路保護(hù)功能不完全、不可靠，錯誤數(shù)據(jù)無法識別、分類和恢復(fù)。針對IGBT驅(qū)動過程中存在的這些問題，采用優(yōu)化的獨(dú)立控制電路、適配器保護(hù)電路和信號反饋電路，并采用軟件解決方案實(shí)現(xiàn)IGBT在使用前的錯誤保護(hù)，因此需要采用群算法優(yōu)化后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行誤差識別和分析，對IGBT誤差信號進(jìn)行分析、學(xué)習(xí)和分類。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1IGBT驅(qū)動保護(hù)研究現(xiàn)狀I(lǐng)GBT逆變保護(hù)電路可靠的驅(qū)動功率，保證了IGBT逆變保護(hù)電路的穩(wěn)定運(yùn)行。如果穩(wěn)定性不好，不僅會影響整個操作系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還會影響IGBT設(shè)備的壽命。電路和故障檢測是IGBT安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的必要條件。芯片電源設(shè)備是上個世紀(jì)誕生的IGBT，保護(hù)電路的切換過程、操作及優(yōu)化一直是國內(nèi)外研究人員關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)。整個IGBT的發(fā)展過程主要分為三個階段：第一個階段是IGBT站基本安全功能的實(shí)現(xiàn)，第二個階段是IGBT站安全功能的優(yōu)化，第三個階段是IGBT站保護(hù)的集成。功能。第一步是研究IGBT逆變器保護(hù)的基本功能，在介紹IGBT之后，研究IGBT的基本用途和差錯保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。國外學(xué)者的多項(xiàng)研究表明，工作電路和外部直流電路的設(shè)計(jì)直接決定和影響著IGBT的性能。在這一階段，IGBT的開關(guān)損耗、動態(tài)恢復(fù)、開關(guān)電壓的切換、詳細(xì)分析了感應(yīng)電流串聯(lián)參數(shù)與電網(wǎng)運(yùn)行回路的關(guān)系。第二步是優(yōu)化IGBT的驅(qū)動保護(hù)功能。在第一階段實(shí)現(xiàn)IGBT的基本驅(qū)動功能后，一些研究人員提出了高性能有源柵極(AGD)技術(shù)。在一定條件下，這是一種結(jié)合良好開關(guān)電源的最佳技術(shù)。同時(shí)，對基于高壓大功率IGBT工作電路的AGD技術(shù)進(jìn)行了研究。該技術(shù)滿足了變頻器對低噪聲、低功耗、慢驅(qū)動、快切換的要求，顯著降低了器件的切換延時(shí)。除了門控電路，所開發(fā)的端口控制方法還能有效抑制IGBT在臨時(shí)條件下的振蕩。BemdXWeis和MBruchman提出使用雙極控制器來改進(jìn)IGBT的滅火過程，考慮到大電流IGBT模塊在滅火過程中經(jīng)過權(quán)衡瞬時(shí)高壓和滅火損失后產(chǎn)生的臨時(shí)過電壓。此外，一些研究人員建議采用推挽方式對IGBT進(jìn)行可靠控制，并在控制電路的設(shè)計(jì)中采用光纖快速傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。1.2.2變頻器中IGBT故障診斷研究現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的興起，以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的人工智能也得到了迅速的發(fā)展，其智能化、快速化的特點(diǎn)適合于錯誤診斷，包括專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，信息技術(shù)在信息技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。不同的研究機(jī)構(gòu)在逆變器故障診斷的研究中產(chǎn)生了不同的研究點(diǎn)，下列是在這四個項(xiàng)目之前廣泛使用的研究結(jié)果。1、基于專家系統(tǒng)的變頻器故障診斷專家系統(tǒng)是一種通過適當(dāng)?shù)脑\斷機(jī)制計(jì)算和處理收集到的錯誤數(shù)據(jù)，并最終識別用戶的個別錯誤類別的方法。主要框架是推理機(jī)、網(wǎng)絡(luò)框架、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等部門。專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它采用了類似于人類思維的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，整合了錯誤檢測和診斷的專業(yè)知識，在診斷實(shí)踐領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用效果。2、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變頻器故障診斷近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在缺陷診斷與識別領(lǐng)域的研究方向迅速增加。在仿生學(xué)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模仿人類大腦的思維過程。它具有推理簡單、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的特點(diǎn)?？梢杂脕硖幚韽?fù)雜的任務(wù)。它現(xiàn)在已成為解決分類問題的主要方法。在逆變器的故障診斷中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用解決了許多以前無法解決的問題，并且具有較高的自加速性和良好的容錯性。然而，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作方式，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是缺乏的。針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，研究人員有螞蟻遷移算法、遺傳算法等。降低了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，解決了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的許多缺點(diǎn)。Cirrincione在其關(guān)于電機(jī)控制系統(tǒng)故障診斷的文章中提出了一種人工BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并通過分析和測試證明了其有效性。He等人提出了用遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并證明了該方法在診斷和識別逆變器誤差方面的有效性。邱國慶等采用混沌粒子群算法對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷優(yōu)化，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差診斷的優(yōu)化精度得到顯著提高。3、基于信息融合的變頻器故障診斷數(shù)據(jù)融合是對多個系統(tǒng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，采集到的數(shù)據(jù)可以在二維、時(shí)間和空間上顯示。信息融合的核心是將傳感器采集到的診斷系統(tǒng)各組成部分的特征與預(yù)先設(shè)定的處理機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化組合，通過分析獲得所需的診斷信息。這一過程使診斷系統(tǒng)具有更高的系統(tǒng)精度成為可能。目前，信息融合通常在數(shù)據(jù)層、屬性層和最后一層對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要采用合并最后一層的方法。融合方法通常包括貝葉斯融合準(zhǔn)則、推理和D-S證明理論，數(shù)據(jù)融合具有耐久性強(qiáng)、檢測性能好、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于故障診斷和識別中。王志珍將多傳感器融合智能診斷方法應(yīng)用于變頻器故障診斷，驗(yàn)證了該方法的有效性。譚鳳友等將信息融合技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備故障診斷。艾莉等人提出了一種多傳感器技術(shù)融合診斷方法。目的是提高滾動軸承的診斷精度。第一步是對傳感器采集到的軸承狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。對血壓的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析后，將該信息作為輸入，對輸入特征的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和診斷，得到各獨(dú)立分量的錯誤診斷，并根據(jù)D-S理論進(jìn)行融合處理。測試結(jié)果表明了該方法的有效性。2變頻器及其故障診斷目前電氣控制的主流是交流調(diào)速運(yùn)行，交流控制的電機(jī)是交流異步電機(jī)。市頻交流電源只能對變頻后的交流電機(jī)在不同應(yīng)用場合的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，所以交流電源是實(shí)現(xiàn)交流變頻調(diào)速的關(guān)鍵。初始階段的變速控制是通過由直流電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)組成的變頻器來實(shí)現(xiàn)的，但變頻器體積大、可靠性差，限制了變頻器調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用。隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，變頻功能是通過固定變頻器來實(shí)現(xiàn)的。2.1變頻器概述在大多數(shù)情況下,電源頻率的交流電流不能直接用于生產(chǎn),和電源頻率的交流電流需要調(diào)整所需的電壓和頻率的交流電流在不同生產(chǎn)場合,和逆變器的工作主要是將恒壓和恒壓。頻率市電電壓(交流電壓和頻率可調(diào))，只有滿足這樣的要求，才被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。在直流電機(jī)的情況下，交流電機(jī)也可以使用，這大大促進(jìn)了變電流和變頻技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)不同電機(jī)應(yīng)用所需的電壓和頻率，將市電電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。變頻調(diào)速的數(shù)學(xué)分析早就有了，但由于電子元件技術(shù)的落后，當(dāng)時(shí)的推廣受到限制。隨著電力電子和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，自20世紀(jì)70年代以來，隨著幾種全控功率半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，幾種小型大功率逆變器相繼出現(xiàn)。變頻控制的目的是改變流過交流變頻器的主頻交流電的頻率和電壓，實(shí)現(xiàn)對被控對象的輸出控制。在交流運(yùn)行中，它實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。主要優(yōu)點(diǎn)是:1。該變頻器可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的軟啟動和軟停止，穩(wěn)定運(yùn)行和恒速控制。2.高能源利用率。3.自動化程度高，可實(shí)現(xiàn)自動控制。變頻調(diào)速技術(shù)已逐漸取代傳統(tǒng)調(diào)速技術(shù)，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、礦山、紡織、化工、交通和家用電器等領(lǐng)域。2.2.變頻器的基本結(jié)構(gòu)及分類1.變頻器的基本結(jié)構(gòu)不同類型的驅(qū)動器具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但所有驅(qū)動器的基本結(jié)構(gòu)是相同的。變頻器一般主要由直流電路、直流電路、逆變電路和控制電路組成，一般來說，在不同的應(yīng)用條件下，控制算法和控制表達(dá)電路的實(shí)現(xiàn)是不同的。圖2.1變頻器基本結(jié)構(gòu)2.3變頻器故障分析及故障診斷在使用風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)器時(shí)，不能通過改變負(fù)荷來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，造成電能的嚴(yán)重浪費(fèi)。如果在這樣的機(jī)器中使用變頻器，轉(zhuǎn)子電壓可以調(diào)整到負(fù)載的大小，以降低轉(zhuǎn)子電壓。電能，節(jié)省大量電能，可使泵負(fù)載的節(jié)能效率提高70%，因此交流傳動作為集約化的高新技術(shù)產(chǎn)品，節(jié)能效果顯著。此外，變頻調(diào)速控制具有均勻加減速的特點(diǎn)，可以保證根據(jù)不同工況負(fù)載的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，廣泛應(yīng)用于機(jī)床的控制、提升力傳動的控制等。隨著工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，變頻調(diào)速的應(yīng)用將越來越多，其可靠性也將越來越有保障。交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由電源、變頻器和電機(jī)三部分組成。在研究逆變器系統(tǒng)的故障時(shí)，可分為:電源誤差、內(nèi)部誤差和負(fù)載誤差。故障點(diǎn)。下面根據(jù)逆變器的長期維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和專家經(jīng)驗(yàn)，考慮到數(shù)據(jù)采集的方便性和數(shù)據(jù)處理的可行性，總結(jié)逆變器的典型誤差及相關(guān)誤差分析。1.斷電是指斷開與逆變器相連的市電電壓。錯誤檢測的錯誤分析為:檢查接線、檢查保險(xiǎn)絲。沒有收入階段或階段順序的混亂。故障分析為:檢查接線，檢查保險(xiǎn)絲，檢查電源R、S、T的相序是否缺相。逆變器故障(內(nèi)部故障)是指逆變器本身的故障，分為主電路故障和控制系統(tǒng)故障。目前逆變器的干擾報(bào)警采用快速檢測電路，將逆變器的一些關(guān)鍵點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)送給微處理器。算法處理后再進(jìn)行誤差評估，這種方法不僅耗時(shí)，而且報(bào)警不準(zhǔn)確。誤差診斷理論在交流傳動中的應(yīng)用尚不成熟，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。主要研究方法有:1.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變頻器故障診斷變頻器是一個高性能、非線性、高連接的多變量系統(tǒng)，其干擾類型與干擾信號之間的邏輯關(guān)系難以描述。鑒于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入逆變器的故障診斷中是非常有用的，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逆變器故障診斷也取得了一定的效果。2.基于信號處理的變頻器故障診斷基于信號處理的變頻器診斷方法不需要對被診斷對象進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，診斷速度快，實(shí)現(xiàn)簡單。國內(nèi)外也進(jìn)行了研究。然而，目前缺乏一種通用有效的誤差特征參數(shù)設(shè)置方法，需要根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。3.其他變頻器故障診斷方法變頻器故障診斷是一個值得大力發(fā)展和研究的領(lǐng)域，方法也很多。國內(nèi)外許多研究人員采用不同的方法對變頻器解決問題的技術(shù)進(jìn)行研究。逆變電路的故障是造成逆變器故障的主要原因，所以很多關(guān)于逆變器故障診斷的研究都集中在逆變電路的部分，也有關(guān)于逆變器部分故障的研究，目前，對變頻器故障診斷的研究主要局限于變頻器內(nèi)部的一些部件。如果將變頻器作為故障診斷的研究系統(tǒng)，這是很有前途和實(shí)用性的。逆變器故障的預(yù)測與預(yù)警很容易破壞診斷的有效性。此外，雖然對逆變器主電路故障診斷已經(jīng)做了大量的研究，但還需要研究更有效的方法來提高逆變器電路的故障診斷，做出了很大的貢獻(xiàn)。3變頻器驅(qū)動故障診斷與原因分析設(shè)計(jì)IGBT模塊的設(shè)計(jì)使用壽命一般在10年以上。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，它往往比設(shè)計(jì)壽命短得多。IGBT模塊損壞的主要原因是驅(qū)動不夠穩(wěn)定和保護(hù)不夠及時(shí)。本設(shè)計(jì)的目的是為了提高駕駛時(shí)對米勒效應(yīng)的抑制，從而降低IGBT模塊上、下管直接連接的風(fēng)險(xiǎn)，針對低頻工作狀態(tài)下出現(xiàn)負(fù)荷縮短或接地故障時(shí)，硬件系統(tǒng)不能及時(shí)保護(hù)IGBT模塊的情況，設(shè)計(jì)了軟件安全方案。顯著提高了IGBT模塊在惡劣工作條件下的使用壽命，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。3.1驅(qū)動電路設(shè)計(jì)方法IGBT控制電路連接著控制系統(tǒng)和主電路的功率器件，其性能的好壞直接影響著整個變頻系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。工作電路主要產(chǎn)生正確的接口電壓來開關(guān)IGBT，而這個電壓在電源打開和關(guān)閉期間保持不變。在損耗方面，必須提供足夠的運(yùn)行功率來實(shí)現(xiàn)控制電路和電源。電路之間的電氣絕緣，在此基礎(chǔ)上，當(dāng)發(fā)生錯誤時(shí)，必須設(shè)計(jì)電路來及時(shí)有效地保護(hù)IGBT。3.1.1驅(qū)動條件與主要特性的關(guān)系電路設(shè)計(jì)的主要目的是根據(jù)IGBT的工作特性確定主電路的參數(shù)。表2.1IGBT相關(guān)的特性與驅(qū)動條件的對應(yīng)關(guān)系主要特性+V?VRGV減小——tE減小—增加tE—減小增加開通浪涌電壓增加—減小關(guān)斷浪涌電壓——減小dv/dt誤觸發(fā)增加—減小短路最大耐受量降低——1、驅(qū)動電壓的選取根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及IGBT元器件手冊，我們普遍使用的門極正偏壓為15V，最高不建議超過18V，切屑電源產(chǎn)生的電源電壓波動應(yīng)為10%。在IGBT啟動過程中，IGBT飽和電壓會下降隨門極驅(qū)動電壓變化，工作電壓越高，啟動過程中電導(dǎo)率損失越低，啟動延遲越短。當(dāng)IGBT關(guān)閉時(shí)，由于反向恢復(fù)時(shí)間，IGBT反并聯(lián)二極管本身產(chǎn)生?？赡軐?dǎo)致IGBT端口故障，IGBT無法正常啟動。電網(wǎng)的工作電壓越高，短路電流的最大持續(xù)時(shí)間越短，使用壽命越短。端口背壓推薦值為-5~-15v，驅(qū)動器M57962L推薦值為-10v。反向預(yù)壓對IGBT的關(guān)機(jī)有嚴(yán)重的影響。反向預(yù)電壓的絕對值越高，IGBT的關(guān)斷時(shí)間越短，配電損耗越低。IGBT電極間容量的米勒效應(yīng)有關(guān)，一定程度的負(fù)壓有助于防止關(guān)斷時(shí)IGBT發(fā)生誤導(dǎo)通。2、門極電阻的選擇產(chǎn)品默認(rèn)端口的電阻值以產(chǎn)品手冊或產(chǎn)品用戶手冊為準(zhǔn)。從上一篇文章中IGBT的特性可以看出，交換IGBT本質(zhì)上是加載和卸載端口。那么對門極驅(qū)動的影響是至關(guān)重要的。越大，充放電時(shí)間越長，開關(guān)時(shí)間越長，分裂時(shí)間越長，相關(guān)損失越高。較大的也會在的作用下更容易發(fā)生誤導(dǎo)通，但能減小開通時(shí)的，對關(guān)斷時(shí)過壓有明顯的抑制作用。3.1.2驅(qū)動方案設(shè)計(jì)控制電路與主電路之間存在較大的電勢差，且由于IGBT的特性，在其工作的開關(guān)模式下產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。為了使工作回路穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，要求工作回路與主回路之間有可靠的電氣絕緣。在變頻技術(shù)的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了許多絕緣方法，如自舉絕緣、玻璃纖維絕緣、光電絕緣、變壓器絕緣等。這些隔離方式各有不同的特點(diǎn)，下面介紹不同絕緣方法的特點(diǎn)。1、電平移位的自舉式自舉電路隔離法通常用于使用半橋電路的小型設(shè)備，因?yàn)樗褂幂^少的設(shè)備和占用較少的空間。該自舉電路僅由一個二極管和一個自舉電容組成。工作原理是:當(dāng)端管是當(dāng)頂管打開和頂管關(guān)閉時(shí)，開關(guān)電源通過二極管對自舉電容充電，當(dāng)頂管打開、下管關(guān)閉時(shí)，自舉電容開始向負(fù)載提供電流，頂管控制器的地處于浮動狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)入口和出口隔離。由于自舉電路板電路設(shè)計(jì)簡單，成本低，故障后易于維護(hù)。自舉絕緣方法不能實(shí)現(xiàn)全電絕緣，絕緣電壓等級也較低(≤600V)，適用場景有限。2、光耦隔離方式光電耦合器絕緣是驅(qū)動電路最常用的絕緣方法，它利用光電耦合器電路作為輸入側(cè)的控制連接器，光電耦合器電路中的光電晶體管實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的完全絕緣。由于光電二極管芯片的特點(diǎn)，用光電二極管芯片搭建的控制電路比較簡單，集成度比較高，二次側(cè)必須提供獨(dú)立的絕緣電源，在PCB設(shè)計(jì)模塊中，由光電二極管電路構(gòu)建的控制電路必須靠近IGBT，以減少傳輸距離短對光電二極管隔離方法的影響，同時(shí)還伴有絕緣電壓水平不足的問題。因此，在高壓、高頻、大功率的應(yīng)用中，不選用分光器的隔離方法。而本文設(shè)計(jì)的低壓IGBT更適合于光化管的控制。由于低壓IGBT通常是低成本的平臺產(chǎn)品，因此對解決方案的成本更為敏感。一個更好的選擇是使用光學(xué)絕緣體隔離每個站的電源,然后使用碎紙機(jī)的電源隔離每個站的電源,由于低壓IGBT產(chǎn)品的小型化、高集成、傳輸距離和傳輸延遲的缺點(diǎn)是可以克服的。3.2電流采樣電路的設(shè)計(jì)本文的電流采樣電路采用AVAGO公司生產(chǎn)的ACPL-C790霍爾芯片。ACPL-C790是專門設(shè)計(jì)用于電力設(shè)備的逆變器的功率檢測，如電機(jī)驅(qū)動和可再生能源系統(tǒng)。該芯片在使用時(shí)可以檢測由通過外部電阻的電機(jī)電流引起的模擬電壓降，并在次級側(cè)產(chǎn)生與電機(jī)電流成差比例的差動輸出電壓。ACPL-C790芯片具有3%的增益誤差，良好的線性度和60dB的信噪比動態(tài)性能。帶寬為200kHz，快速響應(yīng)時(shí)間為1.6s，可在短路和過載情況下吸收瞬態(tài)。ACPL-C790的臨時(shí)故障容忍度為15kv/s在公共區(qū)域，使精確監(jiān)測電機(jī)電流在噪聲電機(jī)控制環(huán)境，電流采樣電路如圖3.1所示。圖3.1電流采樣電路此電路采用了ACPL-C790的典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，主要信號輸出Iout(3.1):通過分流器原邊的電流值；：分流器的阻值；：ACPL-C790自身放大系數(shù)；：TL082運(yùn)放放大比例。3.3短路與接地故障保護(hù)3.3.1保護(hù)方案設(shè)計(jì)目的上述逆變器和保護(hù)電路主要作為硬件保護(hù)電路，保護(hù)IGBT模塊在額定負(fù)載下運(yùn)行。當(dāng)兩相或三相輸出同時(shí)短路，單相輸出接地時(shí)，產(chǎn)生短路，產(chǎn)生OC信號，短路電流要求達(dá)到額定電流的2-3倍。但在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，器件的工作條件比較復(fù)雜，尤其是本文設(shè)計(jì)的低功耗IGBT器件。例如，采石場、礦山等應(yīng)用場景往往環(huán)境惡劣，不可避免地涉及許多不可預(yù)測的失效因素。如果在設(shè)備使用前發(fā)生短路或接地，則0Hz的IGBT模塊在設(shè)備使用后運(yùn)行到額定頻率。由于工作頻率較低，產(chǎn)生的短路電流不允許設(shè)備的保護(hù)回路工作。一般情況下，小功率IGBT設(shè)備IGBT啟動時(shí)間為3秒左右，在2~3秒內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生低于OC閾值的小短路電流。雖然IGBT模塊可以承受超過3倍額定電流的過流，但恒定的小短路電流會引起熱擾動，爆炸是不可避免的。從0hz短路驅(qū)動時(shí)的波形，CH1是輸出電流的波形，CH3是OC信號的波形，設(shè)置在AAC信號的下降側(cè)觸發(fā)。從示波器上可以看出，短路電流在2ms以內(nèi)，由于工作頻率較低，在1.5ms之前遠(yuǎn)低于OC觸發(fā)閾值電流。目前載頻為4K。如圖所示，量程為250s。大約1.5ms產(chǎn)生的短路電流達(dá)到AAC動作閾值后，AAC動作被激活，運(yùn)行電路停止工作。雖然這個實(shí)驗(yàn)保護(hù)了IGBT隔室，但它已經(jīng)對IGBT隔室造成了損害。在第二個實(shí)驗(yàn)中，IGBT模塊爆炸，PCB下的IGBT模塊損壞并擴(kuò)散到PCB上。3.3.2保護(hù)方案設(shè)計(jì)該圖基于頻率可調(diào)SPWM技術(shù)。IGBT輸出的短路和接地模式可以在實(shí)際使用前通過控制特定的波形來識別。公式的流程圖如圖3.2所示。圖3.2保護(hù)方案流程首先，將逆變器的工作頻率設(shè)置為出廠工作頻率10K的工作頻率。第一階段是前波。目前只給出一個動作信號，沒有其他命令發(fā)送給DSP。第二步是接地保護(hù)的程度。目前，逆變器只有一個三相輸出的下游IGBT模塊傳輸波形。固定載頻設(shè)置為4K,IGBT導(dǎo)通時(shí)間模塊為150ms。該階段的總持續(xù)時(shí)間為5ms。第三階段是預(yù)加載階段。運(yùn)行變頻器設(shè)定的載頻。緊急搶救率是50%此階段的總持續(xù)時(shí)間約為10ms。此階段可與接地保護(hù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以確保預(yù)加載階段的完成。預(yù)加載結(jié)束后，到達(dá)IGBT模塊的啟動樣例。UVW三相V相頂管轉(zhuǎn)向信號幅值應(yīng)達(dá)到12.6V左右，大眾兩相頂管轉(zhuǎn)向信號幅值應(yīng)達(dá)到11.2V左右，第四級為短路保護(hù)級別。三相IGBT模塊的上、下管交替發(fā)射波，并在逆變器設(shè)定的載頻下工作。上管的傳導(dǎo)時(shí)間為15ms。四個階段的總持續(xù)時(shí)間為25ms。無接地或短路時(shí)，直接切換到正常工作模式。25ms的特殊波直到正式過渡時(shí)才影響負(fù)載的正常運(yùn)行。3.4IGBT故障原因分析傳統(tǒng)的逆變器一般在發(fā)生故障后會跳閘，操作系統(tǒng)會切斷主電路的電源進(jìn)行保護(hù)，但無法確定故障的位置和錯誤的類型，這對故障的排除和維護(hù)造成了一定的障礙。通過對逆變器的逆變控制部分建立診斷和分析，模擬誤差的發(fā)生，得到不同類型的誤差數(shù)據(jù)，作為調(diào)查故障識別的依據(jù)。3.4.1IGBT故障產(chǎn)生如果驅(qū)動器的6個IGBT逆變器都開、關(guān)，這些都是整個系統(tǒng)中最重要、最容易損壞的部分，損壞后，整個系統(tǒng)將停止工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，逆變器故障大多是由IGBT損壞引起的，而IGBT損壞是直接由驅(qū)動器運(yùn)行過程中短路或接地閉合引起的。其中，如果逆變器短路或接地，IGBT會泛洪，短時(shí)間內(nèi)大量的熱量會積聚在IGBT模塊內(nèi)，導(dǎo)致芯片燒穿。另一方面，外部缺陷會對IGBT造成損壞，而在使用交流驅(qū)動器本身時(shí)，隨著時(shí)間的推移，其他部件也會因?yàn)槔匣徒佑|不良而損壞。在Simulink診斷過程中，不可能直接模擬真實(shí)環(huán)境中的誤差情況，但短路和開路這兩種誤差類型可以直接響應(yīng)IGBT開關(guān)的開斷。3.4.2故障診斷分析逆變器有IGBT開關(guān)管，多個IGBT管有對應(yīng)的編號，其中一根對應(yīng)的故障編號為G1、G2、G3、G4、G5、G6。有不同組合的開路和短路模式。根據(jù)實(shí)際情況和受影響的應(yīng)用場景，我們分析當(dāng)發(fā)生錯誤時(shí)，最多有2臺IGBT交換機(jī)同時(shí)故障，排除了2臺IGBT交換機(jī)同時(shí)故障的情況。故障的可能性是，如果同一級的兩個IGBT同時(shí)短路，則上、下管直接連接。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，逆變器的部分往往會膨脹。但如果上、下管同時(shí)斷開，則此級無出口，逆變器會造成斷相誤差。不需要識別這種類型的錯誤。超過3根IGBT管的失效概率較小，暫不考慮。誤差模式輸出波形如下圖所示:一條管線失效了。在逆變器單元，6個開關(guān)管均手動短路或切斷，參數(shù)保持正常運(yùn)行。診斷并獲得輸出電流波形，如圖3.3和3.4所示。圖3.3單管發(fā)生短路圖3.4單管發(fā)生斷路在單管失效的情況下，可以看出三相輸出明顯失去對稱性，電流幅值低于電流正常狀態(tài)。之后，三相電流不對稱，這與正常狀態(tài)下的正弦波形有很大的不同。3、同時(shí)兩個開關(guān)管故障圖3.5雙管短路故障圖3.6雙管斷路故障如圖所示，當(dāng)兩管同時(shí)斷開時(shí)，可以看到某一特定雙管同時(shí)失效時(shí)的波形。此時(shí)電機(jī)不再能正常驅(qū)動，電流繼續(xù)上升。雙管開路與單管開路的波形相似。在操作開始的短時(shí)間內(nèi)，首先出現(xiàn)一個較大的峰值，然后出現(xiàn)波動。僅從波形很難確定誤差類型。3.4.3故障診斷方法根據(jù)逆變器的實(shí)際情況和診斷結(jié)果可以得出結(jié)論，逆變器單元的故障并不直接導(dǎo)致逆變器運(yùn)行，而是輸出電流的波形不再能夠正?？刂齐姍C(jī)。工作區(qū)還會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，并具有很高的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。從診斷結(jié)果可以得出結(jié)論，當(dāng)逆變器有多個誤差時(shí)，對應(yīng)的輸出波形是不同的。在同類型的誤差波形中，輸出波形的失真非常相似，差異不明顯，誤差的位置難以直觀地評價(jià)。由于電流逆變器采用集成IGBT封裝的模塊化產(chǎn)品，因此當(dāng)開關(guān)管故障后需要維修時(shí)，需要更換整個IGBT模塊。評估故障位置的重要性在于可以由此推導(dǎo)出開關(guān)。無論是管的工作回路也有缺陷，還是工作回路的錯誤操作導(dǎo)致開關(guān)管的故障損壞，以防止更換后IGBT模塊損壞。當(dāng)發(fā)生錯誤時(shí)，輸出信號與正常模式下的輸出信號不同，干擾輸出信號中同一頻段的信號能量值也不同。因此，可以從代表特定誤差信息的診斷數(shù)據(jù)中提取各頻帶的信號能量作為特征來區(qū)分誤差。利用短傅里葉分析，可以將誤差信號的能量準(zhǔn)確地分配到每個頻帶，使分析頻帶能夠區(qū)分不同的特征因子，構(gòu)造誤差的特征向量。所構(gòu)造的屬性向量可作為誤差樣本集用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差的診斷和分析。4變頻器故障診斷效率的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析4.1短時(shí)傅里葉分析的故障特征提取在得到故障數(shù)據(jù)后，需對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到相關(guān)特征值后再做分析，為保證故障識別的快速性，數(shù)據(jù)分析的過程需要在能得到足夠特征信息的前提下保證相對簡單高效。傅里葉變換是較為經(jīng)典的分析方法，為克服傅里葉變換的缺陷，使用短時(shí)傅里葉作為故障數(shù)據(jù)的處理方法，達(dá)到快速得到故障特征數(shù)據(jù)的目的。1、傅里葉變換傅里葉變換在分析處理平穩(wěn)信號的領(lǐng)域中使用較為廣泛。將信號進(jìn)行傅里葉變換分解成不同頻率的分量，再通過傅里葉變換的方式將信號從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，更加方便分析。因此在以往的信號處理過程中，通常的操作是信號分析轉(zhuǎn)換為對時(shí)域和頻域的分析。傅里葉變換的表達(dá)式為（時(shí)域轉(zhuǎn)換至頻域）：(4.1)傅里葉逆變換的表達(dá)式為（頻域轉(zhuǎn)換至?xí)r域）：(4.2)根據(jù)上兩式可以看出也變換與其逆變換具有良好的對稱性，該性質(zhì)使得信號在重構(gòu)的過程更易操作。但同時(shí)它也存在較為明顯的缺陷，因?yàn)楦道锶~變換僅在分析平穩(wěn)信號中有良好的應(yīng)用，從上面的式子可以看出傅里葉變換中所有時(shí)間長度都為，并且其中所有頻率長度也都為，其目的就是利用傅里葉變換中的頻譜特性對信號進(jìn)行分析。所以傅里葉變換與其逆變換的本質(zhì)是對信號做整體變換處理，將信號整體分解為不同頻率的分量，由此經(jīng)過分解后的信號缺少局部特征，換言之，經(jīng)過傅里葉變換處理的信號只能以時(shí)域或者頻域的形式單一表現(xiàn)，具有唯一性，后果就是信號在時(shí)域和頻域上被完全分離。所以傅里葉變換在分析不平穩(wěn)信號時(shí)就無法表現(xiàn)出提取出的特征信號中的某一頻率成分的時(shí)頻信息。短時(shí)傅里葉就是為了解決傅里葉變換這一缺點(diǎn)而被提出來的。2、連續(xù)短時(shí)傅里葉變換在研究平穩(wěn)信號時(shí)，傅里葉變換方法已滿足需求，但需要處理非平穩(wěn)信號時(shí)，短時(shí)傅里葉變換（ShortTimeFourierTransform,STFT）成為應(yīng)用較為廣泛的一種。其基本原理時(shí)在傅里葉變換中加入一個可隨時(shí)間移動的分析窗對信號進(jìn)行截取，以此將非平穩(wěn)信號分解為一串近似平穩(wěn)的信號，最后對進(jìn)行加窗截取處理后的短時(shí)信號做傅里葉變換進(jìn)行分析處理。如果僅對非平穩(wěn)信號做截取處理得到短時(shí)平穩(wěn)信號，所得到的獨(dú)立短時(shí)頻譜并不能作為整個頻譜信息的特征，因此短時(shí)傅里葉分析在截取處理的基礎(chǔ)上，將每一段短時(shí)頻譜信號連接在一起后得到最終分析結(jié)果。4.2人工蜂群算法的生物背景人工蜂群算法的兩個基本特征是自組織和分工。首先，自組織的功能很簡單，作為蜂群中的個體行動的鋒工來講是非常愚蠢的，蜂群會通過特定的信息交換和信息交換來完成一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)是集體智能行為。其中，積極反饋、變異和與多方互動是自組織的四個基本特征。其次，具有社會群體特征的人口的勞動分工是一個重要因素。在蜜蜂社會中，蜜蜂扮演著不同的角色，這決定了它們?nèi)绾魏妥鍪裁垂ぷ鳎恐幻鄯涞膭趧臃止げ皇庆o態(tài)的。當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，蜂群采用自我調(diào)節(jié)來達(dá)到平衡，蜂群主要由租用蜂、后繼蜂、巡邏蜂和蜜源組成，對蜂群生命進(jìn)行最小分析。在尋找花蜜來源時(shí)，工蜂負(fù)責(zé)分享有關(guān)花蜜來源的信息。工蜂將來自花蜜源的基本信息分享給后繼蜂，后繼蜂選擇合適的花蜜源。如果一只租用的蜜蜂發(fā)現(xiàn)花蜜的質(zhì)量低于預(yù)期，它就會開始尋找新的花蜜來源。當(dāng)新蜜源的質(zhì)量超過預(yù)期時(shí)，巡邏蜂就會回到租用的蜜蜂那里，以此類推。在上述尋找花蜜源的過程中，利用蜜蜂繼續(xù)尋找更好的花蜜源，即更好的解決方案，而后續(xù)的蜜蜂則用來監(jiān)測花蜜源，即提高供蜜的收斂速度。童子軍蜜蜂的作用是及時(shí)釋放質(zhì)量差的花蜜，防止它下降到局部最小值，并重新開始尋找新的蜂蜜。圖4.1展示了蜜蜂采集蜂蜜的過程。在整個過程中，花蜜是工蜂需求的主要來源。許多不同的蜜源包含不同類型的蜜源。工蜂采集蜂蜜，租用上述蜜蜂，獲取有關(guān)蜂蜜起源的信息，并與后續(xù)的蜜蜂分享。工蜂留在蜂巢里，等待被雇傭的蜜蜂分享有關(guān)蜂蜜來源的信息。蜂群的采蜜過程如下:1、這時(shí)，蜂箱里所有的蜜蜂都在等待著蜜蜂。有些蜜蜂飛出巢穴，在圖中的s型上尋找花蜜來源，有些則留在巢穴中等待租來的花蜜來源。蜜蜂在圖中的r路徑上分享有關(guān)花蜜來源的信息。2、當(dāng)租來的蜜蜂在前一階段飛行尋找花蜜來源并找到后，它就返回巢穴，在那里它可以通過EF2路徑從現(xiàn)有的花蜜來源收集花蜜。如果發(fā)現(xiàn)花蜜質(zhì)量不是最佳的，花蜜也可以通過UF路丟棄。如果蜜源的質(zhì)量符合預(yù)期，蜜源數(shù)據(jù)可以通過EF1路由與巢內(nèi)工蜂共享。在一定的時(shí)間內(nèi)重復(fù)以上步驟，完成整個蜂群的采蜜過程。圖4.1蜜蜂采蜜示意圖4.3人工蜂群算法原理根據(jù)上面的介紹，人工蜂群算法包含三個基本要素，即蜜源、付費(fèi)蜜蜂和失業(yè)蜜蜂。蜂房源代表人工蜂群算法中的可行解，花蜜源的值由參數(shù)return決定。通過與生物學(xué)的類比，一個蜜源的價(jià)值是由蜜源中蜜源的數(shù)量和質(zhì)量以及蜜源到巢穴的距離決定的。采蜜的工蜂數(shù)量等于采蜜的工蜂數(shù)量。在發(fā)現(xiàn)蜂蜜的來源后，它們通過跳關(guān)于距離和質(zhì)量的“8字舞”來分享和傳遞有關(guān)蜂蜜來源的信息。生物學(xué)上的失業(yè)蜜蜂就是人工蜂群算法中的失業(yè)蜜蜂。在該算法中，失業(yè)蜜蜂分為后續(xù)蜜蜂和巡邏蜜蜂。巡邏蜂的工作內(nèi)容是在現(xiàn)場進(jìn)行隨機(jī)搜索。發(fā)現(xiàn)一個新的蜜巢。，當(dāng)出租蜂發(fā)現(xiàn)花蜜源而不跟隨它時(shí)，花蜜源被丟棄，出租蜂成為尋找新花蜜源的偵察蜂;后繼者在蜂箱中等待，直到leader發(fā)送蜜源信息，并使用貪婪算法選擇下一個目標(biāo)。因此，經(jīng)過改進(jìn)的算法分析，采集蜂蜜的過程如下:在早期階段，算法分析中的所有工蜂都是探索蜂，它們會立即飛出巢穴，尋找附近的花蜜來源。一旦發(fā)現(xiàn)蜜源，偵察蜂就記錄數(shù)據(jù)，包括距離和位置質(zhì)量。花蜜噴泉，然后返回蜂房將花蜜噴泉分發(fā)給后面的蜜蜂。信息，如果后續(xù)蜜蜂被吸引，童子軍立即變成租戶蜜蜂，租戶返回。當(dāng)at的繼承者不再存在時(shí)，它改變身份成為童子軍，離開原來的蜜源，再次尋找，重復(fù)上述步驟，最終的目標(biāo)是找到最優(yōu)的蜜源。在上述過程中，尋找勘探蜂蜜的來源是一個解決的過程，蜂蜜來源的質(zhì)量代表著理解的質(zhì)量。找到并轉(zhuǎn)換蜜源。在采集花蜜時(shí)確認(rèn)，以防止花蜜滴到當(dāng)?shù)刈畹拖薅取?，下一步用人工蜂群算法解決了一些問題。人工蜂群優(yōu)化算法在搜索最優(yōu)解時(shí)一開始需要初始化，來確定不同種群的數(shù)量，最大的迭代次數(shù)，最大循環(huán)極限和所求解的區(qū)間。1、蜜源初始化在初始化過程中，個可行解可以隨機(jī)生成，它與雇用蜂數(shù)量一致，同時(shí)對適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，隨機(jī)就能得到下面的可行解算式：(4.25)以上隨機(jī)生成的初始解為，對應(yīng)的是D維向量，其中問題維數(shù)為D，亦即是優(yōu)化參量數(shù)量，。2、新的蜜源更新搜索公式在找到蜂源后，工蜂繼續(xù)尋找新的花蜜源，以確定其優(yōu)劣。人工蜂群優(yōu)化算法根據(jù)已有的花蜜源尋找新的花蜜配方，得到：(4.26)上式，，，是為隨機(jī)生成，同時(shí)，則是隨機(jī)數(shù)，在之間。當(dāng)童子軍接收到花蜜源數(shù)據(jù)后，返回巢穴完成對蜜蜂的花蜜源數(shù)據(jù)的傳輸，之后，后繼者可以使用以下公式計(jì)算選擇另一個花蜜源的概率：(4.27)在上式中，解適應(yīng)值用表示，它可以衡量一個蜜源的優(yōu)劣，質(zhì)量越好，值越高，意味著下一個有更高的選擇概率，更容易找到最優(yōu)解。3、偵查蜂的產(chǎn)生為了防止算法陷入局部最小值，人工蜂群算法將在對特定蜜源的迭代次數(shù)持續(xù)時(shí)啟用偵察蜂搜索模式。如果第一次沒有變化，工蜂就變成了偵察兵，扔掉這個花蜜源，隨機(jī)地創(chuàng)造一個新的花蜜源來尋找。4.4人工蜂群算法優(yōu)化過程由于其自身的特點(diǎn)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性處理能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)包括輸入層、輸出層和隱層。一般情況下，輸入層和輸出層的數(shù)量為1，隱藏層應(yīng)根據(jù)情況確定。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程大致分為兩個階段:首先,收到樣本集的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),每一個隱藏層下一層處理數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到輸出層,最后,數(shù)據(jù)被發(fā)送到輸出層。結(jié)果從輸出層打印到第二計(jì)算層。當(dāng)期望輸出與預(yù)測輸出之間的精度沒有達(dá)到預(yù)設(shè)精度時(shí)，誤差在數(shù)據(jù)傳輸方向的相反方向發(fā)送，誤差在相反方向傳輸，在傳輸過程中，誤差均勻分布在每個神經(jīng)元上，每個神經(jīng)元根據(jù)誤差改變其權(quán)重。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擅長確定干擾的性質(zhì)和故障類型之間的復(fù)雜關(guān)系。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。最常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。圖2為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖4.2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下圖為算法結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化流程：圖4.3人工蜂群算法優(yōu)化流程1、定義一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。2、將人工蜂群算法中的各個參數(shù)進(jìn)行初始化處理。需要初始化的參數(shù)包括工蜂的總數(shù)（）、引領(lǐng)蜂的個數(shù)（），解的個數(shù)（）即蜜源的個數(shù)等于引領(lǐng)蜂的個數(shù)，跟隨蜂的個數(shù)（），最大循環(huán)次數(shù)（），最大極限次數(shù)（），并產(chǎn)生維的初始解。這里維的初始解即為上一步中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，維數(shù)滿足以下公式：(4.28)上式中，，，分別為輸入層、隱含層、輸出層的神經(jīng)元個數(shù)。維輸入層到隱含層的閾值和權(quán)值，維隱含層到輸出層的閾值和權(quán)值。3、計(jì)算并評估每個初始解的適應(yīng)度值，公式如下：(4.29)上式中，表示第個解的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均方誤差，當(dāng)?shù)闹禐?時(shí)即適應(yīng)度值為1時(shí)為最優(yōu)解。4、根據(jù)公式4.26，蜜蜂正在尋找新的花蜜來源，這意味著他正在尋找新的解決方案。在找到解決方案之后，它開始比較新舊解決方案的適用性。探索蜂遵循貪婪算法，如果條件較好，則更新蜜源數(shù)據(jù)，否則視為失敗，失敗次數(shù)增加1。5、目前，后繼蜜蜂根據(jù)公式4.27對領(lǐng)隊(duì)蜂的選擇進(jìn)行概率計(jì)算，選擇對蜜源適宜性了解較好的領(lǐng)隊(duì)蜂進(jìn)行監(jiān)測采集蜂蜜。在解的領(lǐng)域?qū)ふ倚碌慕猓源_保最佳值。6、在采蜜過程中若某一蜜源的累計(jì)更新失敗次數(shù)超過了預(yù)設(shè)值，這意味著蜜源下降到局部最小值，立即丟棄蜜源，與蜜源溶液閾值對應(yīng)的工蜂轉(zhuǎn)化為巡邏蜂，尋找新的蜜源，對比4.25。花蜜的來源。7、保留你正在尋找的最好的蜜源作為最好的解決方案。8、在保存最佳方案后，如果迭代次數(shù)超過預(yù)先設(shè)置的最大循環(huán)次數(shù)，則指定算法的迭代次數(shù)（），然后停止訓(xùn)練，否則返回第四步再次搜索蜜源。9、當(dāng)最佳蜜源搜索完成后，確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，并對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測試。4.5識別結(jié)果分析將測試樣本組送至BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差分析，經(jīng)人工蜂群算法優(yōu)化，得到診斷結(jié)果。圖4.4人工蜂群算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證樣本對比上圖中可以看到,在驗(yàn)證比較BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的人工蜂群算法的優(yōu)化,可以看出,預(yù)期的類基本上是一樣的預(yù)測類,成功率高。圖4.5Fit回歸圖從上圖可以看出，優(yōu)化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的回歸曲線可以看出，數(shù)據(jù)與調(diào)整曲線基本一致，匹配率高，相比原始BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有了很大的提高。網(wǎng)絡(luò)。圖4.6優(yōu)化前后識別正確率對比如圖4.6所示，可以看出經(jīng)過人工蜂群算法優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對錯誤類型的正確率為96.3%，檢測精度有了明顯提高。優(yōu)化后的測試結(jié)果表明，與未優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)錯誤診斷分析相比，人工蜂群算法優(yōu)化后的錯誤檢測與診斷分析的準(zhǔn)確性和精密度均有明顯提高，表明該分析可以正常進(jìn)行。變頻器故障類型的診斷與識別。在本章中，利用人工蜂群算法對初始神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過測試，優(yōu)化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)錯誤診斷分析顯著提高了錯誤類型的檢測精度和準(zhǔn)確率，滿足使用需求。5總結(jié)與展望作為一種重要的開關(guān)電源器件，IGBT的應(yīng)用越來越廣泛。同時(shí)，IGBT逆變器由于其對速度控制、節(jié)能減排的優(yōu)良要求，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。它變得越來越復(fù)雜，對逆變器本身的可靠性要求也越來越高。因此，在逆變器運(yùn)行過程中，提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性、快速保護(hù)的能力和快速準(zhǔn)確地檢測錯誤的能力。的意思。本文在對實(shí)驗(yàn)過程中主要檢查逆變器的IGBT錯誤，在錯誤發(fā)生前、發(fā)生中、發(fā)生后，對逆變器的保護(hù)電路、短路調(diào)整方案和IGBT故障診斷分析進(jìn)行調(diào)度。本文針對逆變器輸出短路或接地后難以及時(shí)保護(hù)和再利用的問題，設(shè)計(jì)短路保護(hù)模型。在檢測誤差條件的正式程序之前，IGBT預(yù)先執(zhí)行一個特殊的波形。試驗(yàn)結(jié)束后，通過觀察電流波形，保證保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行，并通過試驗(yàn)?zāi)M誤差狀態(tài)。驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性。為了提高IGBT運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，對驅(qū)動電路和短路保護(hù)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，有效地抑制了IGBT運(yùn)行過程中的米勒效應(yīng)，防止了單個電路的落水，并對電路進(jìn)行保護(hù)，防止短路。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差檢測方法。針對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障，采用人工蜂群算法對其進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行了誤差診斷分析。通過測試分析，算法和神經(jīng)系統(tǒng)的優(yōu)化效果保證了網(wǎng)絡(luò)正確識別錯誤類型的速度。但是，由于水平有限，有些研究還不夠深入，存在不足之處，但在以下方面得到了改進(jìn):除驅(qū)動器的逆變部分外，整流橋和濾波器都是元件。本文只討論了逆變器部分的誤差，對整個逆變系統(tǒng)的研究還不夠廣泛。誤差檢測部分沒有物理實(shí)驗(yàn)。由于個體水平的限制，誤差檢測分析沒有應(yīng)用到逆變器的實(shí)際故障診斷中。要達(dá)到真正可用的水平，還有很多工作要做，還有很多地方可以優(yōu)化和改進(jìn)。

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