電力電子電路故障預(yù)測(cè)技術(shù)分析

陸國(guó)強(qiáng)

（三江學(xué)院，江蘇 南京 210012）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，我國(guó)在電子行業(yè)領(lǐng)域的研究不斷進(jìn)步，為了給人們提供更多的服務(wù)，電子電路的結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜起來(lái)，這也提高了電子設(shè)備出現(xiàn)故障的概率。電力電子電路是電子設(shè)備的重要組成部分，一旦電力電子電路發(fā)生故障，一定會(huì)對(duì)設(shè)備的正常使用造成影響。因此，通過(guò)使用故障預(yù)測(cè)手段對(duì)電路進(jìn)行分析，可以更好地降低經(jīng)濟(jì)損失，有效提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)電力電子行業(yè)良好發(fā)展，從而更好的為人們提供服務(wù)。

1 電子電路中常見(jiàn)的幾種故障類型

在使用電子設(shè)備的過(guò)程中，電力電子電路出現(xiàn)故障，可能是由于受到各種內(nèi)在、外在因素的影響，因此，要及時(shí)找到出現(xiàn)故障的原因，并解決故障問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)電力電子電路的正常使用[1]。

1.1 測(cè)試設(shè)備出現(xiàn)故障

通常，當(dāng)測(cè)試設(shè)備出現(xiàn)故障的條件下，使用這樣的測(cè)試設(shè)備對(duì)電力電子電路進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)試設(shè)備會(huì)顯示電子電路整體出現(xiàn)問(wèn)題，或者電子電路沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，這個(gè)原因就有可能是測(cè)試設(shè)備方面出現(xiàn)了問(wèn)題，例如測(cè)試設(shè)備不靈敏，試探棒損壞等測(cè)試設(shè)備出現(xiàn)的故障。除了測(cè)試設(shè)備出現(xiàn)故障以外，還有可能是因?yàn)闇y(cè)試設(shè)備的使用人員使用了不正當(dāng)?shù)牟僮鞣绞綄?duì)電力電子電路進(jìn)行測(cè)試，從而導(dǎo)致測(cè)試設(shè)備不能測(cè)出電力電子電路的故障。比如在進(jìn)行測(cè)定電效應(yīng)的物理現(xiàn)象這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，所需要使用到的儀器是示波器，操作人員在使用示波器的時(shí)候使用不正確，沒(méi)有選擇合理的檔級(jí)，這可能會(huì)造成波形顯示出現(xiàn)異?；蛘邿o(wú)波形的問(wèn)題。這就不是測(cè)試設(shè)備和電子電路的問(wèn)題了，而是操作人員的操作方式的問(wèn)題[2]。

1.2 元器件的損壞導(dǎo)致出現(xiàn)故障

在整個(gè)電子產(chǎn)品中包含了很多電子電路的元器件以及有關(guān)線路，而且由于電子產(chǎn)品所提供的多樣性的服務(wù)，表現(xiàn)出電子元器件的復(fù)雜性，再加上元器件大多比較精細(xì)。元器件是電子電路的重要組成部分，如果它出現(xiàn)了任何問(wèn)題，那么整個(gè)電子電路也會(huì)出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致電子設(shè)備不能正常使用。例如像電阻、電容、集成器件以及晶體管等最為常見(jiàn)的幾種元器件，如果被燒毀，將會(huì)導(dǎo)致受毀部分功能損失，極大地影響電子電路的電流輸入及輸出，甚至直接無(wú)法輸入輸出。

1.3 人為原因造成故障

電子電路出現(xiàn)故障，除了電子電路自身出現(xiàn)故障，還可能因?yàn)椴僮魅藛T在進(jìn)行設(shè)計(jì)制作電子電路的操作過(guò)程存在失誤。比如：操作人員沒(méi)有連接電源、連線接錯(cuò)接漏、元器件的選擇錯(cuò)誤、元器件的安裝順序出現(xiàn)錯(cuò)誤、元器件的安裝出現(xiàn)了遺漏、晶體管管型搞錯(cuò)、二極管或電解電容極性接反等，這些情況都有可能會(huì)導(dǎo)致電子電路出現(xiàn)故障，從而使電子產(chǎn)品無(wú)法正常使用。

1.4 電路的接觸存在故障

只有持續(xù)而穩(wěn)定的通電條件，才能保證電力電子電路能夠保持正常工作。因此，如果電路的接觸存在故障，也就是通俗所說(shuō)的接觸不良，這會(huì)使電子產(chǎn)品因通電不穩(wěn)定影響設(shè)備的正常使用。長(zhǎng)此以往，很可能會(huì)對(duì)電子電路造成一定的損害。

1.5 其他干擾引起的故障

當(dāng)外界因素對(duì)電路產(chǎn)生信號(hào)的干擾，可能會(huì)導(dǎo)致電子電路出現(xiàn)故障。例如在進(jìn)行接地處理時(shí)，接地錯(cuò)誤或者接地線電阻過(guò)大，電路中的電流會(huì)通過(guò)接地線產(chǎn)生干擾信號(hào)，從而影響電路的正常工作。在對(duì)電子設(shè)備的電壓源進(jìn)行處理的時(shí)候，如果紋波電壓幅值過(guò)大，會(huì)干擾電路電力的流動(dòng)[3]。還有一些干擾源會(huì)通過(guò)電感耦合，形成磁場(chǎng)耦合干擾，從而導(dǎo)致電子電路產(chǎn)生振蕩，電子電路出現(xiàn)故障。

2 電子電路故障預(yù)測(cè)技術(shù)方法

由于目前人們對(duì)于電子設(shè)備的要求越來(lái)越高，電子設(shè)備規(guī)模越來(lái)越大，電子電路的復(fù)雜程度也逐漸提高，因此，在對(duì)電子電路的故障進(jìn)行人工的診斷和預(yù)測(cè)上有很大的困難。而隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，在日常工作中，雖然可以很好的解決一些常見(jiàn)的電子電路故障類型，但是在處理一些新的電子電路的故障診斷及預(yù)測(cè)工作時(shí)，就需要采用新的技術(shù)方法。本文介紹了幾種診斷和預(yù)測(cè)電力電子電路故障的技術(shù)方法。

2.1 電路故障的檢修步驟

在進(jìn)行電子電路故障的診斷和修復(fù)過(guò)程中，首先要準(zhǔn)確找到電路故障，之后根據(jù)故障的情況分析故障產(chǎn)生的原因，從而選擇合適的技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的維修措施。在進(jìn)行故障分析過(guò)程中，要對(duì)故障進(jìn)行多方面的統(tǒng)計(jì)排查，這樣可以更加準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題，促進(jìn)故障問(wèn)題的更好解決。

2.2 PHM技術(shù)

通過(guò)利用各種發(fā)達(dá)的信息技術(shù)以及人工智能技術(shù)，對(duì)電子電路進(jìn)行故障診斷和故障預(yù)測(cè)。在過(guò)去，人們都是依靠人工對(duì)電子電路中的故障進(jìn)行診斷和預(yù)測(cè)，而PHM技術(shù)能夠很好地改變過(guò)去的診斷預(yù)測(cè)方式，它能夠在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，持續(xù)監(jiān)控電子電路的情況，不僅會(huì)預(yù)測(cè)故障發(fā)生的位置及類型，還能在故障發(fā)生的時(shí)候，迅速診斷故障產(chǎn)生的位置以及故障的類型，并及時(shí)將故障情況進(jìn)行反饋。因此，可以看出PHM技術(shù)能夠很好的補(bǔ)充人工進(jìn)行電子電路故障診斷的不足，確保診斷的準(zhǔn)確、高效,也減少了人力財(cái)力的浪費(fèi)。通過(guò)預(yù)測(cè)故障能夠給予檢修人員更多的維修時(shí)間，提高維修成功率。PHM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電子電路故障的預(yù)測(cè)，從而保證電子設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，有效提高了電子設(shè)備的工作效率。

2.3 HMM技術(shù)

HMM技術(shù)也被稱為隱馬爾科夫技術(shù)，它存在的時(shí)間很長(zhǎng)，可以追溯至上世紀(jì)六七十年代。HMM技術(shù)能夠?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)移和統(tǒng)計(jì)觀測(cè)值兩方面充分表現(xiàn)出來(lái)。HMM技術(shù)中主要的就是語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，它對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行識(shí)別的過(guò)程與觀測(cè)到的電子電路出現(xiàn)故障的類型是非常相似的。HMM技術(shù)是通過(guò)利用可觀察的參數(shù)來(lái)確定隱含參數(shù)，然后利用這些參數(shù)來(lái)作進(jìn)一步的分析[4]。HMM技術(shù)會(huì)將所有可能出現(xiàn)的情況都列入?yún)⒖挤秶?，它的參考范圍比較廣泛，因此HMM技術(shù)被用于預(yù)測(cè)電路故障是比較適宜的。

2.4 AR模型

AR模型也被稱為自回歸模型，它在信號(hào)的線性排序、功率的連續(xù)性等方面的成績(jī)突出，能夠預(yù)測(cè)電力電子電路自身進(jìn)行預(yù)測(cè)，AR模型預(yù)測(cè)技術(shù)在對(duì)平穩(wěn)隨機(jī)序列的研究有著很大的貢獻(xiàn)。AR模型的差分方程可以通過(guò)式子表示：x(n)+a1x(n–1)+a2x(n–2)+…+apx(n–p)=ω(n)。在計(jì)算過(guò)程中，為減小誤差、提高預(yù)測(cè)精確度，AR模型參數(shù)一般采用最小二乘法、Burg遞推法、列文森法、自相關(guān)函數(shù)法和Yula-Walker法進(jìn)行求解。

2.5 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法是在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有算法提出的，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法也被認(rèn)為是誤差逆?zhèn)鞑ニ惴?。BP網(wǎng)絡(luò)算法就是輸入樣本數(shù)據(jù)，獲得誤差函數(shù)，之后求取誤差函數(shù)的最小值，使用反向傳播算法反復(fù)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和偏差，使網(wǎng)絡(luò)誤差在允許范圍內(nèi)，之后輸出權(quán)值和偏差。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法就是通過(guò)歷史數(shù)據(jù)獲得未來(lái)值，這對(duì)于數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性具有很大的影響。

2.6 GM預(yù)測(cè)技術(shù)

GM預(yù)測(cè)技術(shù)主要是針對(duì)一些不確定因素很多、樣本較小、信息未知量多的系統(tǒng)，在這類系統(tǒng)中，應(yīng)用GM預(yù)測(cè)技術(shù)可以將已有的信息進(jìn)行收集轉(zhuǎn)化，使之成為有效信息，從而更好的監(jiān)控電子電路，控制并避免故障問(wèn)題出現(xiàn)。在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用過(guò)程中，GM預(yù)測(cè)技術(shù)主要對(duì)那些不確定的電子電路系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)和監(jiān)控。

2.7 離散頻譜技術(shù)

在對(duì)電力電子電路故障進(jìn)行診斷時(shí)，通常會(huì)使用離散頻譜技術(shù)。離散頻譜技術(shù)的技術(shù)原理是通過(guò)離散傅里葉變換，將電子電路檢測(cè)得到的信號(hào)頻率進(jìn)行分析，將不同內(nèi)容和不同參數(shù)的信號(hào)頻率進(jìn)行變換，找到各種數(shù)據(jù)之間的的誤差，從而判斷出各種故障類型，為維修人員提供精準(zhǔn)的位置等故障有關(guān)信息，提高電子電路的維修效率。

2.8 紅外線熱像技術(shù)

電力電子電路在發(fā)生故障的時(shí)候，故障部位往往會(huì)與正常部位有所不同，其中最為明顯的就是故障位置可能會(huì)發(fā)熱。紅外線能夠判斷溫度變化,因此可以通過(guò)使用紅外線熱像技術(shù)對(duì)故障位置進(jìn)行判斷。一旦電子電路在發(fā)生故障的時(shí)候發(fā)熱，通過(guò)紅外線熱像技術(shù)可以準(zhǔn)確快速的找到故障位置并及時(shí)進(jìn)行維修，這一般可用于高壓電路電器。

2.9 建立科學(xué)有效的數(shù)據(jù)庫(kù)

近年來(lái)大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，成為了與人們生活不可分割的一部分。大數(shù)據(jù)技術(shù)具有及其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)資源庫(kù)[5]。因此可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式對(duì)電子電路故障的類型及診斷情況進(jìn)行收集整理，在不斷進(jìn)行故障診斷修復(fù)的過(guò)程中不斷積累，這會(huì)極大的提高解決電子電路故障的效率。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著電力電子電路技術(shù)的不斷發(fā)展，在電子電路的使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障，通過(guò)使用相關(guān)的故障診斷和預(yù)測(cè)技術(shù)，可以有效降低故障的發(fā)生。此外，相關(guān)工作人員在進(jìn)行電力電子電路工作時(shí)，要正確看待這些故障，通過(guò)發(fā)現(xiàn)故障、解決問(wèn)題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能更好的降低電子電路故障發(fā)生率，降低經(jīng)濟(jì)損失，提高人們的使用滿意程度，促進(jìn)電力電子行業(yè)發(fā)展。