双三相同步磁阻电机单相开路故障下的容错控制策略

双三相同步磁阻电机(dual three-phase synchronous reluctance motor,DTP-SynRM)转子不含永磁体,没有高温退磁风险,成本较低,且由于其系统自由度高、冗余性强,因此具有较好的容错性能。开路故障是双三相同步磁阻电机系统中最常见的故障类型之一,该文针对一种两套三相绕组中性点相互独立的双三相同步磁阻电机单相开路故障,建立DTP-SynRM矢量空间解耦模型,实现对电压、电流和磁链方程的完全解耦。在开路故障状态下仍将其视为一个正常的双三相电机,分析故障状态对电机的电流约束和信号传递的影响,并指出在开路故障下z2轴电流与β轴电流不再独立,电机由正常运行时的四阶系统降阶为三阶系统,而由于开路故障导致的电压信号传递不准确则会在dq坐标系中引入二次谐波电流,并产生二次和四次转矩波动。该文提出一种同时考虑电流约束和信号传递误差的故障容错方法,电机处于三闭环运行状态,补偿电压信号传递误差,抑制开路故障时电机的转矩波动并降低电流谐波。搭建实验平台进行实验,验证所提容错方法的有效性和可行性。

晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频控制策略

现有三相交直交变频电路中大多使用IGBT作为电力电子器件,为了进一步降低低压大容量变频器设备成本,减少IGBT的使用,提出了一种晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频电路结构及四开关八电压矢量直接转矩控制策略.首先分析了利用IGBT辅助晶闸管关断的三相电机两相变频电路结构,并分析了不同开关状态下的瞬时电路工作原理,给出三相四开关拓扑下的八电压矢量生成方法;其次提出四开关八矢量异步电机直接转矩控制策略,并给出扇区划分、电压矢量选择和电压矢量伏秒生成原理;最后通过仿真实验验证所提策略的正确性和可行性.仿真结果验证了上述电路结构和控制方法的有效性.

基于虚拟电压矢量的双三相直线磁通切换永磁电机容错SVPWM策略

高可靠性是电梯驱动系统的首要指标。针对双三相直线磁通切换永磁(dual-three-phase linear flux switching permanent magnet,DTP-LFSPM)电机单相开路故障,提出一种基于虚拟电压矢量的容错空间矢量脉宽调制策略。首先,基于单相开路故障下的五维变换矩阵计算得到故障后的32个空间电压矢量分布。然后,筛选部分空间电压矢量,以z子空间电压幅值为零且每个扇区产生对称的脉宽调制波形为目标,重构得到12个虚拟电压矢量,相邻的2个虚拟电压矢量都由3个基本电压矢量组成,并用于合成参考电压矢量,不仅可以减少单相开路故障容错控制时的电流谐波,而且具有计算简单,易于硬件实现等优点。最后,搭建DTP-LFSPM电机驱动控制系统仿真与实验平台,仿真和实验测试结果证明所提容错策略的正确性和有效性。

基于三相异步电动机维修操作技术的研究

三相异步电动机应用广泛,其维修核心嵌线技术特殊又不易掌握。理论电动机绕组展开图与实际操作习惯不是很吻合,为方便学员高质量依图施工掌握嵌线技术,改进电动机绕组展开图起始槽为第一槽、改进绕组头尾处在有效边所在槽位、改进绕组电流方向为一实际瞬间方向;改进电动机完整维修技术为五个技术模块。实践证明改进的方法效果好效率高,维修后的电动机性能稳定,初学者在改进方法下能高效快速掌握电动机维修技术。

非晶合金-硅钢混合铁心三相鼠笼式异步电机的能效分析

首先测试了非晶合金与硅钢铁心的磁化和损耗性能,将测取参数应用于YKK3552-4型笼型200 kW三相异步电动机的二维电磁有限元仿真,分析了电机在两种不同铁心材料组合下的能效特性:一是定子采用非晶合金铁心,转子采用硅钢铁心;二是定子和转子均采用硅钢铁心。结果表明异步电动机满载时组合铁心电机铁耗最小,但磁饱和问题突出,额定电压下组合铁心电机的空载电流可达额定电流的1.1倍,绕组铜耗最大。随后对运行电压降低时的混合铁心电机损耗情况进行仿真,当降压4%时电机能效特性达到最优。最后在3 kW样机上进行了能效测试,验证了降压运行的效果。为易饱和非晶材料在交流电机中应用奠定了理论基础,通过降低运行电压实现非晶定子铁心电机低耗、高效是一条可行技术路径。

三相异步电机匝间短路故障的诊断方法

三相异步电机是各类电机中应用量最大的一种,匝间短路故障为三相异步电机发生概率较大的一类故障。如果能实时监测电机运行状况,对运行进行健康安全评估,将能及时止损,减少损失。提出了基于扩展Clarke变换和故障特征因子Q的匝间故障诊断方法,分析了电机匝间故障的Clarke矢量的特点,对电机匝间故障的Clarke矢量取模,得到三相电流中对称分量的直流分量和2倍于基频的交流分量,以该分量的幅值与直流分量的比值作为故障特征因子Q进行匝间故障诊断。通过特征因子Q研究Clarke矢量频谱,从而判断电机故障,并且进行了理论仿真以及样机测试。

双三相永磁同步电机改进型模型预测电流控制

针对双三相永磁同步电机模型预测共模电压抑制方法存在寻优计算量大、开关频率较高、稳态性能不佳的问题,提出一种改进型模型预测电流控制.首先,改进六相两电平逆变器,降低零矢量共模电压幅值;其次,选择小共模电压矢量构造虚拟电压矢量,简化价值函数的同时减小共模电压和电流谐波含量;再次,通过计算参考电压矢量直接选择最优电压矢量以减少寻优次数,并引入占空比控制提升电机控制精度,改善电机稳态性能.最后,仿真对比传统模型预测电流控制、RCMV(Reduced Common Mode Voltage)-1、RCMV-2和所提控制方法.结果表明,所提控制方法在减小共模电压的同时,降低了转矩脉动和谐波电流,且较RCMV-2方法开关频率明显降低;此外,寻优代码执行时间相较于RCMV-1和RCMV-2分别降低了约91%和65%,减小了计算量.

基于参数扰动估计的双三相永磁同步电机鲁棒模型预测控制

双三相永磁同步电机因其损耗小、效率高、容错能力强等特点,广泛应用于航空航天技术、电动汽车等领域。为优化双三相永磁同步电机控制性能,采用双d-q坐标变换对双三相永磁同步电机进行数学建模,为减小电流纹波,在传统模型预测电流控制策略基础上,增加延时补偿;考虑电机参数扰动的影响,提出一种能够对参数进行在线估计的滑模观测器,以提高控制系统鲁棒性,最后在MATLAB/Simulink中进行系统抗负载扰动与鲁棒性能仿真分析。仿真结果表明,改进后的控制策略提高了电机的响应速度,超调减小,系统对电机参数扰动的敏感性减弱,系统抗负载能力和鲁棒性增强。

永磁同步电机三相矢量双选取预测转矩控制

针对永磁同步电机在占空比模型预测转矩控制下,存在计算量较大、稳态性能不够理想的问题,提出一种三相矢量双选取模型预测转矩控制方法。首先将定子磁链所在空间复平面6个扇区重新划分为3个扇区;其次,设计一种基于三相电压矢量的新型开关表,依据新型电压矢量选择表,从三相电压矢量中选择出两个有效电压矢量,再加入一个零矢量,仅进行一次占空比计算,就可输出任意幅值、相角的期望电压矢量。仿真结果表明,该策略减少了系统计算时间,有效地抑制了转矩和磁链脉动且稳态性能良好。

装甲车辆大功率电驱动系统传导干扰预测模型构建方法

装甲车辆动力系统大功率电驱动系统中开关模组的高速切换将产生一系列高压瞬态脉冲及宽频谐波干扰,对高度电气化的整车系统构成严峻威胁。针对大功率电驱动系统产生的传导干扰缺乏数字化检测及分析问题,提出一种系统级的传导干扰预测模型构建方法。对电驱动系统各电气部件例如高压电池组、逆变器、负载电机分别独立建模;基于多导体传输线方法,将各模型通过表征系统寄生效应的传输线进行级联,进而构成完整的分布式系统级传导干扰预测模型。通过测试台架对新提出的模型进行精度测试对比验证。对比验证结果表明,新构建的模型在10 kHz~100 MHz频段范围内仿真精度优于8 dB,可为电驱动装甲车辆的电磁兼容正向设计提供有效支撑,具备创新性及实用性。

分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制

分段式结构的双三相永磁直线同步电机(PMLSM),动子穿入和穿出定子分段时,传统的无差拍预测电流控制(DPCC)易受反电动势动态扰动的影响,无法实现精确的电流跟踪和推力控制。同时,该电机模型的参数失配会增大DPCC电流和推力控制的难度。针对以上问题,该文提出了一种基于无模型电流预测控制(MFPCC)的电流控制策略。首先,构建了分段式双三相PMLSM的超局部模型。其次,基于该超局部模型设计了预测电流控制器,并设计扰动观测器以补偿反电动势动态扰动和参数失配的影响。最后,实验验证了所提MFPCC能够抑制分段式双三相PMLSM的反电动势和参数失配的扰动,有效提升参数鲁棒性、电流跟踪性能并降低推力波动。

迁移学习和CNN的电机故障诊断方法

针对缺乏数据导致卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNN)训练不佳的问题,以三相异步电机故障诊断为研究对象,提出了基于迁移学习和CNN结合的电机故障诊断方法。首先搭建了电机故障诊断实验平台,通过加速度传感器获取CNN模型带标签数据,通过训练获取预训练模型;然后结合迁移学习得到的预训练模型迁移到目标域,并通过对目标域的带标签数据进行训练以优化CNN参数;最终获得可以对目标域数据有着良好分类能力的新模型,从而实现目标域带标签数据稀少情况下的电机故障诊断工作。通过将该方法与传统CNN、变分模态分解(Variational modal decomposition,VMD)-支持向量机(Support vector machine,SVM)、VMD-K近邻(K nearest neighbor,KNN)以及VMD-BP神经网络等识别模型进行对比验证,结果显示本文提出的迁移CNN模型模式识别方法有更好的识别效果。

基于离线单相周期方波脉冲的三相异步电机启动转矩测试

为了克服三相异步电机启动转矩无载测试现有方法存在的测试精度较低、电网冲击等问题,提出一种基于离线单相方波脉冲的电机启动转矩测试方法。以Y160M-4型三相异步电机为研究对象,给出用于测试启动转矩的单相方波逆变电源结构、工作原理及关键参数计算方法,并利用二维瞬态电磁场数值计算方法,以研究不同激励模式下的启动转矩为目的,获取电机启动过程的电枢电流。结合电机数学模型和坐标变换理论,研究并给出单相正弦波激励下的电机等效电路模型和启动转矩理论计算模型。在此基础上,进一步给出单相方波激励下的启动转矩数据处理方法。经验证,依据所提出的单相方波激励下的电机启动转矩计算方法并结合二维瞬态电磁场数值仿真,启动转矩测试相对误差约为0.25%。研究结果表明,利用该方法计算三相异步电机的启动转矩,测试精度获得明显提高,从而证明了所提方法的正确性和可行性。

基于比例谐振扩张状态观测器的周期扰动抑制方法

由于逆变器非线性及绕组非对称性,双三相同步电机驱动系统含有大量周期扰动。其以谐波电流的形式存在于定子绕组中,引起电流失真及系统损耗。针对该问题,提出基于比例谐振扩张状态观测器的谐波抑制方法。叠加比例谐振模块的扩张状态观测器除观测总扰动外,旨在放大谐波电流幅值;针对改善后的被控对象,引入模型预测电流控制提升系统动态响应特性。实验结果表明该方法可有效降低系统损耗,提升电流正弦度。

双三相永磁同步电动机驱动器全开路故障模式的诊断方法

准确地对驱动器开路故障进行识别与诊断能够有效防止故障进一步恶化所引起的严重事故,也是实施恰当容错控制策略的先决条件。驱动器的开路故障类型包含单个功率开关管故障、多个功率开关管故障以及功率开关管和相的混合故障,提出能够识别上述所有类型全开路故障模式的诊断方法。首先,为了便于模拟多类型的故障场景并提高理论模型的计算精度,构建能够计及诸多非理想因素和电机与驱动器之间相互影响关系的直接耦合分析模型,并通过实验验证了该模型的准确性和有效性。其次,通过矢量空间解耦中的子平面电流和绕组相电流分别提取故障因子和辅助故障因子,提出基于2种故障因子的诊断方法,并明晰2种故障因子的阈值范围和使用方法。最后,依托验证后的直接耦合分析模型,对6种不同类别的开路故障进行识别和诊断,证明所提方法的有效性。

三相异步电机轴承故障的诊断策略

轴承故障是三相异步电机常见的故障之一,及时准确地进行故障诊断对于保障电机的正常运行至关重要。针对电机电流信号特征分析法(MCSA)易受到电机基波频率和系统噪声干扰等影响,本文提出了一种基于Hilbert变换的轴承故障诊断方法。先对三相电流信号进行Hilbert变换,提取电流信号的平方包络线,然后利用频域分析方法傅立叶变换(FFT),对平方包络信号进行分析,最后对FFT之后的频谱图进行归一化处理。通过观察其频谱特征,可以判断轴承是否发生故障。该方法避免了电机基波频率和系统噪声干扰,能够可靠地检测三相异步电机轴承故障。并搭建了试验平台验证了方法的可行性。

新型双电容三相感应电机单相运行定子三维温度场研究

由于新型双电容三相感应电机单相运行在非额定工况下时,三相绕组电流将不再对称,为了保证电机的稳定长期运行,需要对新接法进行稳态温度场的计算与分析。对三相感应电机定子建立三维传热模型,通过有限元法对其在额定运行、轻载和重载条件下进行温度场研究;为验证该方法的正确性和有效性,对电机进行温升试验,试验结果与仿真结果相吻合。结果表明,新型接法在轻载与重载条件下发热严重,但温度并未超过电机绝缘材料最大允许温度,但在额定运行时发热与三相对称运行接近。

三相交流异步电动机快速目标建模法

从磁链计算角度,提出一种三相交流异步电动机的快速目标建模方法,通过简单的计算式即可得到电机的初始模型,计算结果与仿真软件结果相近,该方法具有一定的准确性,省去了大量计算时间,为三相交流异步电动机的设计提供借鉴。

基于三相四桥臂电机系统架构的车载锂电池自加热系统

为解决锂电池在低温环境下输出功率降低与放电容量衰减的问题,提出了一种基于三相四桥臂电机系统架构的车载锂电池自加热系统,通过加热电池使其脱离低温状态。在逆变器中引入第四桥臂,并与车载驱动电机三相星型绕组中性点连接,形成三相四桥臂电机系统架构。结合上述电机系统架构,建立电池、电机系统及电池自加热系统等效数学模型。分析电池发热机理及开关频率对电池温升速率的影响,并结合零序电压矢量设计高频电流滞环控制策略。实验结果证明,该系统能够实现锂电池在低温环境下的快速自加热功能,脱离低温状态。

一种改进的双三相永磁同步电机无价值函数模型预测转矩控制

针对双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)传统模型预测转矩控制策略转矩性能较差的问题,提出了一种基于虚拟电压矢量的无价值函数模型预测转矩控制策略。首先,对矢量空间解耦(VSD)的数学建模方法进行研究,建立了基于VSD的DTP-PMSM数学模型;其次,构建了一组12个无需矢量替换的虚拟电压矢量,通过无差拍直接转矩和磁链控制预测出参考矢量的角度位置和幅值信息,并筛选出最优虚拟矢量,该方法避免了虚拟电压矢量的遍历寻优从而大幅减小计算负担;同时,通过一种简化的矢量幅值调整方法使该最优虚拟矢量的幅值大小无限逼近参考矢量幅值大小,有效降低转矩脉动;最后,搭建了试验测试平台,将所提策略与传统策略进行对比。结果表明,所提策略有效减小了谐波电流和转矩脉动。