基于扩张状态观测器的五相电机在单相开路故障下的低速无位置控制技术

为进一步增强五相电机驱动系统的可靠性,该文对单相开路故障下的无位置传感器控制技术进行研究。基于故障电机空间解耦模型,采用脉振高频电压注入法跟踪磁饱和凸极实现故障电机的无位置控制;然而由于驱动系统非线性、模拟调理电路延时、电机凸极型较弱等因素,使得故障电机在转子位置解调和观测上变得较为困难。为解决以上问题,提出一种新颖的转子位置解调方法、和基于扩张状态观测器的转子位置估算及分析方法,分别改善故障模式下五相电机的无位置控制精度和动态性能。最后,在实验平台上实施单相开路模式下的无位置控制技术,验证该方法的有效性。

单相开路故障下五相直流无刷电机无位置传感器控制

为了增强五相电机驱动系统的可靠性和容错能力,对五相永磁无刷直流电机在单相开路故障下的无位置传感器控制技术进行了研究。引入一种新颖的五相电机开路模型,实现了在单相开路故障下的场定向控制及载波脉宽调制。并在此基础上,采用滑模观测器估算五相电机的基波反电动势。然而当五相电机开路在故障模式下运行时,三次谐波绕组及逆变器非线性等因素引起观测反电动势含有较强的抖震谐波。采用了一种改进型复系数滤波器,并取代了传统一阶低通滤波器,对观测反电动势基波分量进行无失真滤波,改善位置观测精度和无位置控制电机动态性能。在实验平台上实现了单相开路模式下的无位置控制技术,验证了其的有效性。

五相永磁同步电机单相开路故障的容错矢量控制策略

提出一种容错矢量控制,实现了具有非正弦反电动势的表贴式五相永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor,PMSM)在发生一相开路故障后的无扰稳定运行。首先,基于保持故障后基波磁动势和永磁体基波磁链矢量在空间上圆形旋转的原则,构造故障后电机的解耦数学模型。其次,采用谐波电流注入法减小由转子三次谐波磁场引起的二次和四次转矩脉动。再次,推导同步坐标系下令转矩脉动为零的电流参考值的一般表达式,并求得令电机绕组损耗最小的最优电流参考值。该方法可在线实时计算并且具有普适性,易于推广到具有任意三次谐波含量的五相PMSM的容错运行控制系统中。仿真和实验结果表明,所提方法可有效地降低故障后转矩脉动,并获得比传统容错矢量控制更小的电机绕组损耗。

九相感应电机单相开路的容错控制策略研究

由于多相感应电机的定子相数多于三相,其可靠性相较于三相电机大大提高。当多相感应电机的一个(或几个)定子绕组开路或变频器的一个(或几个)桥臂出现开路故障的情况下,不会影响调速系统的起动和运行。针对多相电机的这种特性,分析了两种容错控制策略,使得多相感应电机在单相开路的情况下能实现无扰运行,并获得平稳的期望转矩。同时以一台九相感应电机为研究对象,使用有限元进行了仿真。研究结果表明,这两种容错算法均为有效且可靠。

基于谐波注入分段供电永磁直线同步电机变流器开路推力波动抑制

该文提出一种电流谐波注入的方法,减小长定子分段并联供电永磁直线同步电机系统的驱动变流器发生单相开路故障下电机推力波动。首先,根据动子在定子段的位置,推导出分段单元电机的电压方程,得到各个单元电机的推力表达式和系统总推力。然后,依据变流器单相开路前后的全耦合状态下单元电机基波磁动势不变的原则,构造降阶坐标变换矩阵,得到电机的电压方程和推力表达式。采用注入谐波电流、优化故障后直线电机的输出推力的方式,消除变流器单相开路故障产生的4次和6次推力谐波并消除耦合因数变化对电机推力影响;通过多变流器协同控制多单元电机,有效降低变流器单相开路故障后的推力波动,提高电机的最大输出推力。仿真和实验验证该方法的有效性。

非正弦反电势五相永磁电机开路故障容错控制研究

与正弦波电机相比,具有非正弦反电势波形的多相电机可提升转矩密度,但容错运行时,反电势谐波会产生额外的转矩脉动。为此,该文提出一种非正弦反电势五相永磁同步电机缺相容错控制策略。基于单相开路故障下转矩方程,推导平稳运行时同步坐标系下的电流表达式,给出利用谐波电流抑制转矩脉动的理论依据;并提出在同步旋转坐标系下注入低阶谐波电流,抑制由3次谐波反电势引起的转矩脉动。为了求解最优谐波电流,分别在最小铜耗或最大转矩模式下协同优化电流系数。相比现有方法,该方法在最小铜耗模式下,能够产生相同的定子铜耗;在最大转矩模式下,能够提高转矩输出能力。最后,通过五相永磁同步电机的缺相容错实验,验证所提控制策略的准确性及有效性。

基于自然容错开关表的五相永磁同步电机直接转矩控制

五相永磁同步电机(permanent-magnetsynchronous motor,PMSM)传统直接转矩控制(direct torque control,DTC)存在相电流畸变严重、共模电压(common-modevoltage,CMV)高、转矩和磁链脉动大等问题,且无法实现相开路故障情况下的无扰运行。为解决上述问题,提出一种基于自然容错开关表的DTC策略。该策略根据PMSM开路故障前后基电压矢量的特点以及三次平面合成电压矢量为零的原则,构建虚拟矢量(virtual vector,VV),设计故障前后同一套自然容错开关表,进而不但抑制了故障导致的转矩脉动,而且在故障前后均能降低三次谐波电流、减小转矩和磁链脉动、抑制CMV。实验结果验证所提策略的可行性。

考虑开路运行模式时的五相永磁同步电机FOC

五相永磁同步电机在开路故障下,由于缺乏有效的空间解耦模型,常采用滞环电流控制。针对滞环电流控制难以应用于大功率场合的问题,提出了一种五相电机矢量控制,即正常模式、单相开路、两相开路(包括相邻和不相邻两相开路)模式下的转子磁场定向控制(FOC)。所提FOC基于维持基波定子磁动势和定子永磁体磁链圆形旋转的原则,给出了适用于各种运行模式下的Clarke和Park变换矩阵以及空间解耦模型。这些解耦模型具有相似的电压方程和转矩方程形式,因此矢量控制可以得到统一。在五相电机驱动系统上验证了所提出的空间解耦模型及FOC方法的有效性和可行性。

五相永磁直线电机开路容错直接推力控制

五相永磁直线电机(permanent-magnetlinearmotor,PMLM)具有推力密度大、可靠性高等优点。为了抑制PMLM一相开路故障导致的推力脉动,并提高其开路故障状态下的稳态和动态性能,该文提出一种新型容错直接推力控制(fault-tolerant direct thrust force control,FT-DTFC)策略。在两相静止坐标系中提出虚拟定子磁链,实现故障前后相同的定子磁链与电流轨迹圆。在此基础上,推导补偿电压,结合基于容错电流推导出的降阶正交变换矩阵,解决相开路故障导致电机模型不对称的问题,以建立故障PMLM的对称模型。构建磁链和推力观测器,采用载波脉宽调制技术实现开路故障状态下的直接推力控制。实验结果验证了所提控制策略的有效性。

双三相永磁同步电机缺相容错运行虚拟矢量间接修正方法及其在直接转矩控制中应用

正常双三相电机直接转矩控制运行需要对基本电压矢量进行修正,采用修正后的虚拟矢量进行直接转矩控制可以抑制谐波电流。双三相电机缺一相故障直接转矩控制时,需要对电压矢量重新进行修正。该文给出了双三相电机缺一相故障情况下的电压矢量分布,提出一种双三相电机缺一相运行时虚拟矢量的间接修正方法,并且使虚拟矢量的幅值达到最大。构建双三相电机缺一相容错直接转矩控制策略,其定子磁链分区和开关表的选取规则与双三相电机正常运行时一致,其差别只是缺一相运行时十二个虚拟矢量的幅值有所减少,因此比较易于实现。实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。

基于新型开关表的五相永磁同步电机容错直接转矩控制

针对五相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)开路故障导致转矩脉动大的问题,提出一种基于新型开关表的容错直接转矩控制(direct torque control,DTC)策略。首先,修正定子磁链以保持开路故障前后定子磁链矢量在两相静止坐标系中具有相同的圆形轨迹。其次,根据故障情况下电压矢量特点,设计新型开关表,确保该开关表同时适用于正常和开路故障情况的DTC运行。该容错DTC策略不但抑制正常和故障情况下的三次电流谐波,避免故障后控制系统的重构,而且抑制开路故障导致的转矩脉动,实现PMSM在开路故障情况下的平稳运行。仿真和实验结果验证所提容错DTC策略的有效性。

六相永磁容错电机不对称运行研究

六相永磁容错电机发生一相或多相开路故障后,如不调整剩余相的电流,转矩脉动会很大,电机性能会明显降低。为使电机单相开路后能保持正常状态下的性能,以A相开路为例,建立了该电机单相开路情况下在静止五相坐标系上的数学模型,对其进行虚拟坐标变换后,实现了电机故障状态下的解耦控制,可对电机进行矢量控制。建立了仿真模型,仿真结果表明:一相开路情况下,通过调整剩余相电流的幅值和相位,电机仍能正常运行,且保持了正常状态下的性能,实现了电机的容错控制。

基于统一模型的永磁同步电机故障诊断

针对永磁同步电机系统故障诊断问题,提出一种基于统一模型的永磁同步电机开路故障诊断方法。该方法把逆变器和电机看成一个整体,将电压输入离散为开关量组合作用的时间,建立统一电机模型,模拟故障前后的真实电机。实际运行时,将模拟故障前电机状态的健康模型与实际电机输出电流的残差值作为特征量,提取三相残差的比例关系作为故障诊断依据,并以此诊断逆变器开路故障与电机单相开路故障的方法以及所适用的电机类型。通过理论分析,该依据同样适用于当电机电感有一定误差的情况。实验结果表明,该算法在多种工况下都能很好地诊断故障,可靠性高。

利用电流故障特征的大功率整流装置故障在线诊断方法

针对大功率整流装置单管直通、开路及单相交流进线开路等三种单元件故障,分析了故障电流特征,提出了一种根据电流故障特征在线诊断故障的方法。单管直通时,根据计算得到的直流电流理论值将大于直流电流实测值,且故障相与非故障相的直流分量符号相反,可确定故障元件所在相别,再根据故障相直流分量正负可确定故障元件所在共阳或共阴组别。对单管开路和单相交流进线开路,若滑窗计算得到相电流直流分量持续大于某一整定值时判定为单管开路故障,再通过直流分量极性确定故障元件所在组别;若相电流直流分量先增大超过某一整定值后再减少至0,判定为单相交流进线开路,根据故障相电流基波幅值最小确定开路相别。仿真结果表明,该方法可快速诊断出故障,适用于多重化并联整流电路的故障诊断场合,具有一定的理论与实用价值。