电机作为新能源动力设备,具有绿色环保、体积小、能源利用率高、控制精确方便等诸多优点,特别是在当今能源与环境问题日益严重的背景下,在工业、农业、交通、航空航天和国防等领域得到广泛应用。据研究统计,功率开关器件是电机控制系统中发生故障频率最高的器件之一,其故障可以分为开路故障与短路故障,短路故障已经有成熟的硬件保护措施,而开路故障下控制系统仍然可持续运行,若不进行处理,会引发系统的二次故障,直至系统崩溃,故障检测与定位挑战性高,成为学者研究的热点。本文对异步电机矢量控制系统中的两电平电压源功率变换器实时开路故障诊断方法展开研究,以提高其可靠性。本文介绍了电机矢量控制系统工作原理,并分析了功率变换器故障机理。深入讨论闭环控制系统在不同故障情况下的电流畸变,结合协方差,分析不同故障情况下的电流相关性,建立协方差比例系数数学模型,提出一种基于协方差分析的功率变换器桥臂故障诊断方法,可以检测3种桥臂开路故障。利用小波变换对d-q轴电流进行预处理,提取小波分解后的近似分量与细节分量进行故障特征分析,提出一种基于小波变换与协方差分析相结合的功率开关器件复合开路故障诊断方法。该方法基于小波变换进行故障特征提取,实现故障检测并完成单桥臂与双桥臂开路故障区分,同时,基于协方差分析对功率开关器件故障进行定位,能够检测21种功率开关器件开路故障。本文通过搭建异步电机矢量控制系统MATLAB仿真实验平台对所设计的桥臂故障诊断方法与功率开关器件复合故障诊断方法进行仿真验证,并基于物理实验平台开展了系统深入的试验验证工作。仿真与试验结果表明,本文所设计的桥臂故障诊断方法与功率开关器件复合故障诊断方法,具有故障检测速度快、对系统参数依赖程度小、对系统变速变载等瞬态响应抗干扰能力强等优点。该方法针对于不同的工作环境,阈值整定简单,占用CPU资源少,工程实践性强。