Діагностика напівпровідникових перетворювачів із застосуванням вейвлет-функцій m-ічного аргументу - Автореферат

Зростаючі вимоги до надійності та безвідмовності роботи напівпровідникових перетворювачів електричної енергії обумовлюють необхідність їх діагностики в процесі функціонування. Одним з перспективних математичних підходів, застосування якого є доцільним для побудови алгоритмів діагностики, є дискретне вейвлет-перетворення, яке дозволяє здійснювати аналіз сигналів у часовій та частотній областях одночасно. Збільшити обсяг інформації про сигнали шляхом збільшення кількості фільтрів та розширити можливості вибору вейвлетів з одночасним зниженням обсягу обчислень порівняно з комплексними вейвлетами дозволяє вейвлет-перетворення на базі дійсних функцій m-ічного аргументу. Таким чином, задача розробки нових підходів до діагностування, які не залежать від порядку схеми напівпровідникових перетворювачів, орієнтовані на виявлення поступових відмов елементів перетворювачів та засновані на застосуванні дискретних вейвлет-перетворень функцій дійсного m-ічного аргументу, є актуальною. Дисертаційна робота виконана в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» в рамках програми Міністерства освіти і науки України, напрямок 04 «Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології» НДР «Розробка математичних основ алгоритмів мікропроцесорного керування силовими перетворювачами в автономних системах електроживлення», №ДР 0102U002214, згідно Державної науково-технічної програми «Ресурс», затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 8 жовтня 2004 року №1331, НДР «Розробка систем та алгоритмів неруйнівної діагностики технічного стану електротехнічних об ‘єктів», №ДР 0106U000097, «Розробка сучасних методологічних підходів та пакету прикладних програм для визначення допустимих рівнів завад у енергетично-інформаційних мережах низької напруги з метою підвищення ресурсу, надійності і технологічної безпеки промислових обєктів», №ДР 0107U006830, за напрямом «Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі» НДР «Наукові основи діагностики та ресурсозберігаючого керування електротехнічними об ‘єктами на базі нових вейвлетів», №ДР 0106U004067, «Розробка апаратно-програмного комплексу для відновлювання принципової електричної схеми багатошарових плат, що знаходяться під напругою», №ДР 0107U002735.У першому розділі розглянуто особливості напівпровідникових перетворювачів як обєктів діагностування, можливі несправності, що виникають в них, та причини їх виникнення, проаналізовано вплив стану перетворювачів на вигляд часових залежностей їх струмів і напруг, виконано огляд основних типів діагностичних систем та методів діагностування, в тому числі заснованих на використанні спектральних представлень струмів та напруг перетворювачів, проаналізовано переваги та недоліки існуючих спектральних методів перетворення сигналів. Поставлено задачу розробки нових підходів до діагностування напівпровідникових перетворювачів на базі вейвлет-спектрів часових залежностей їх струмів та напруг із застосуванням функцій m-ічного аргументу симетричного перетворення на кінцевих інтервалах (СКІ), теорії класифікаційного розподілу обєктів та математичного апарату узгоджених фільтрів. Базис СКІ-вейвлет перетворення з компактним носієм змінної структури (СКІ-ВП ЗС) формується з множини функцій узагальненого СКІ-перетворення, розрахованих для інтервалів , де K - кількість дискретних відліків функції-оригіналу. Зсув вейвлет-базисних функцій СКІ-ВП ЗС здійснюється за правилами циклічного зсуву і представляється у вигляді матриць вейвлет-базисних функцій, що формуються або однією вейвлет-базисною функцією, зсунутою на інтервали , або всіма функціями базису, зсунутими на однаковий інтервал. У третьому розділі виконано моделювання трифазного інвертора, веденого мережею, квазірезонансного перетворювача з комутацією в нулі струму та широтно-імпульсного перетворювача при зміні параметрів їх елементів, досліджено вплив параметрів елементів перетворювачів на вигляд часових залежностей струмів та напруг та на режим роботи перетворювачів.У дисертаційній роботі розроблено нові підходи до діагностування напівпровідникових перетворювачів, засновані на спільному застосуванні вейвлет аналізу, теорії класифікаційного розподілу обєктів та математичного апарату узгоджених фільтрів, орієнтовані на виявлення поступових відмов елементів та придатні до застосування в різних типах перетворювачів.

Основний зміст роботи

У дисертаційній роботі розроблено нові підходи до діагностування напівпровідникових перетворювачів, засновані на спільному застосуванні вейвлет аналізу, теорії класифікаційного розподілу обєктів та математичного апарату узгоджених фільтрів, орієнтовані на виявлення поступових відмов елементів та придатні до застосування в різних типах перетворювачів.

1. Аналіз особливостей напівпровідникових перетворювачів як обєктів діагностування та існуючих методів діагностування показав доцільність використання як діагностичних показників часових залежностей струмів і напруг та виконання діагностики із залученням теорії класифікаційного розподілу обєктів.

2. Розроблені алгоритми побудови дискретних вейвлет-перетворень на базі СКІ-функцій m-ічного аргументу дозволяють збільшити обєм даних про процеси в перетворювачі порівняно з вейвлет-перетвореннями Хаара та Добеші за рахунок збільшення кількості фільтрів та зменшити кількість діагностичних параметрів шляхом побудови узгоджених фільтрів.

3. Розроблений алгоритм СКІ-вейвлет перетворення з компактним носієм постійної структури, порівняно з традиційним вейвлет-перетворення Хаара, дозволяє в (N-1) разів збільшити обєм даних про високочастотні складові часових залежностей струмів та напруг напівпровідникових перетворювачів за рахунок більшої кількості фільтрів, та в 1.5 рази зменшити кількість ітерацій при сумірних довжинах інтервалів визначення часових залежностей.

4. Дослідження вейвлет-спектрів часових залежностей струмів та напруг, отриманих при моделюванні напівпровідникових перетворювачів, показало існування безпосереднього звязку між параметрами елементів перетворювачів та вейвлет-коефіцієнтами.

5. Побудовані залежності вейвлет-коефіцієнтів від параметрів елементів квазірезонансного перетворювача забезпечують ідентифікацію поточних значень параметрів елементів в процесі роботи перетворювача.

6. Адаптація положень теорії класифікаційного розподілу обєктів для випадку застосування спектральних вейвлет-коефіцієнтів як класифікаційних ознак дозволила виконувати класифікацію станів напівпровідникових перетворювачів за результатами вейвлет аналізу їх струмів та напруг.

7. Розроблений спосіб діагностування шляхом розрахунку різницевих вейвлет-спектрів дозволив за отриманими вейвлет-коефіцієнтами судити про ступінь наближення параметрів елементів перетворювачів до гранично допустимих значень.

8. Застосування узгоджених фільтрів зменшує тривалість ідентифікації стану напівпровідникових перетворювачів та дозволяє виконувати діагностування за окремими вейвлет-коефіцієнтами.

9. Розроблені мікропроцесорні системи діагностування автономного інвертора напруги та квазірезонансного перетворювача дозволяють змінювати кількість каналів збору діагностичних даних, виконані у вигляді окремих плат та містять в своєму складі персональний компютер з програмним забезпеченням, що реалізує розроблені в роботі алгоритми діагностування.

10. Розроблені способи діагностування практично застосовані для діагностики напівпровідникових перетворювачів, що працюють на частотах порядку одиниць кілогерц. Отримані результати співпадають з відомими результатами, отриманими іншими способами.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Петергеря Ю.С. Порівняльний аналіз спектральних перетворень / Ю.С. Петергеря, Ю.В. Хохлов, Т.А. Хижняк // Электроника и связь. - 2002. - №16. - С. 71-75.

2. Жуйков В.Я.СКІ-вейвлет-перетворення дискретних функцій / В.Я. Жуйков, Ю.С. Петергеря, Т.А. Хижняк // Технічна електродинаміка. - 2003. - Тем. вип. Силова електроніка та енергоефективність. - Ч. 2. - С. 84-87.

3. Хижняк Т.А. Використання прямого та зворотнього СКІ-вейвлет-перетворення для аналізу дискретних функцій / Т.А. Хижняк // Электроника и связь. - 2003. - №20. - С. 113-115.

4. Терещенко Т.А. Использование СКИ-вейвлет-преобразования для оценки режимов работы автономного инвертора тока / Т.А. Терещенко, Т.А. Хижняк // Технічна електродинаміка. - 2004. - Тем. вип. Проблеми сучасної електротехніки. - Ч. 5. - C.68-71.

5. Хижняк Т.А. Застосування теорії класифікації для ідентифікації режимів роботи перетворювачів електричної енергії / Т.А. Хижняк // Технічна електродинаміка. - 2004. - Тем. вип. Силова електроніка та енергоефективність. - Ч. 1. - С. 39-43.

6. Zhuikov V. Estimation of operating modes of the self-excited current inverter with use SFI-wavelet transformation / V. Zhuikov, T. Tereschenko, T. Khizhnyak // VII School - Conference Elektrotechnics Non-Sinusoidal Currents, EPN "04. - Zielona Gora, Poland. - 2004.

7. Жуйков В.Я. Побудова вейвлет-перетворення з використанням базисних функцій СКІ-перетворення / В.Я. Жуйков, Т.О. Терещенко, Т.А. Хижняк // Электроника и связь. - 2005. - №27. - С. 26-33.

8. Хижняк Т.А. Використання функцій узагальненого СКІ-перетворення в якості базису вейвлет - перетворення / Т.А. Хижняк, І.В. Хохлов // Технічна електродинаміка. - 2005. - Тем. вип. Силова електроніка та енергоефективність. - Ч. 3. - С. 79-84.

9. Хижняк Т.А. Вейвлет-преобразование в задачах диагностики и распознавания изображений / В.Я. Жуйков, Т.А. Терещенко, Ю.С. Петергеря, Т.А. Хижняк, А.А. Гусев // Спектральные преобразования с m-ичным аргументом: теория и применения / В.Я. Жуйков, Т.А. Терещенко, Ю.С. Петергеря. - К.: Аверс, 2006. - Глава 12 - С. 270-287.

10. Хижняк Т.А. СКИ-вейвлет преобразование / В.Я. Жуйков, Т.А. Терещенко, Ю.С. Петергеря, Т.А. Хижняк, И.В. Хохлов // Спектральные преобразования с m-ичным аргументом: теория и применения / В.Я. Жуйков, Т.А. Терещенко, Ю.С. Петергеря. - К.: Аверс, 2006. - Глава 5 - С. 143-165.

11. Жуйков В.Я. Вейвлет-перетворення дискретних функцій з m базисними СКІ функціями / В.Я. Жуйков, Т.О. Терещенко, Т.А. Хижняк // Доповіді НАН України. - 2006. - №1. - С. 99-101.

12. Хижняк Т.А. Диагностика вентильных преобразователей с использованием согласованных фильтров / Т.А. Хижняк // Технічна електродинаміка. - 2006. - Тем. вип. Проблеми сучасної електротехніки. - Ч. 3. - C.91-96.

13. Хижняк Т.А. Определение параметров элементов полупроводниковых преобразователей по коэффициентам вейвлет-спектров / Т.А. Хижняк // Технічна електродинаміка. - 2006. - Тем. вип. Силова електроніка та енергоефективність. - Ч. 3. - C.10-12.

14. Терещенко Т.О. Аналіз режимів роботи квазірезонансного перетворювача з комутацією при нульовому струмі / Т.О. Терещенко, Т.А. Хижняк, П.М. Пархоменко // Технічна електродинаміка. - 2007. - Тем. вип. Силова електроніка та енергоефективність. - Ч. 3. - C. 45-49.

Размещено на .ru