永磁同步电机开路故障容错补偿控制

基于磁动势不变原则的故障容错补偿控制策略,在研究正常情况下船用永磁同步电机磁动势数学模型的基础上,建立了一相开路故障下磁动势数学模型。在电机发生一相开路故障时,通过改变其余无故障两相电流的大小和夹角,以保证故障前后电机的合成磁动势不变,进而使得空间电压矢量脉宽调制控制策略在电机控制中仍适用。结合船舶电力推进系统模型,在MATLAB/Simulink中建立船舶电力推进系统的整体仿真模型,并对转矩、转速、电流等参数进行分析。仿真结果表明:在无故障情况下,螺旋桨模型输出转矩脉动和电机的转矩、电流、转速脉动分别约为0.85%、5.90%、6.25%、2.01%,电机运行性能良好。在一相开路故障下,若未采用容错补偿控制策略,螺旋桨对故障响应较为强烈,输出转矩脉动达到22.2%,进而导致推进电机输出转矩、电流、转速均出现较大的波动,分别约为82%、50%、33%,且电机定子磁链轨迹为不稳定的椭圆;采用基于磁动势不变原则的矢量容错补偿控制策略后,螺旋桨输出转矩会恢复到稳定值,脉动约为1.02%,推进电机也会重新稳定运行,转矩、电流及转速脉动均明显下降,分别约为6.20%、6.78%、2.22%,与无故障时的脉动范围基本相同,电机定子磁链轨迹恢复为同故障前一致的圆形。可见,采用故障容错补偿控制策略,可以保证推进电机在正常情况和一相绕组开路情况下均能正常工作,且螺旋桨负载与推进电机性能匹配良好。