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。

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。

一起典型软启动水泵电机缺相故障分析

缺相长期运行会导致电机烧损,影响企业的正常生产。电机运行过程中出现的发热、振动、运行电流升高、工艺参数变化等现象,均有可能是电机缺相引发的。造成电机缺相的主要原因是软启动器参数设定不合理或项目设计不严谨。通过对现场一起电机发热故障的分析,发现该型号早期的软启动器存在设计缺陷,无B相缺相保护,因此需要增加二次控制保护回路来完善电机的缺相保护功能,保障生产的安全稳定运行。

开绕组BLDCM直接转矩控制电压矢量特性研究

基于直接转矩控制(DTC)的开绕组无刷直流电机(BLDCM)具有运行效率高、电压矢量多样、控制结构简单等优点,适用于工业领域。根据共直流母线开绕组BLDCM控制拓扑搭建了相应的数学模型,对该拓扑下电压矢量的特性进行理论分析及分类,并将电压幅值不为零的电压矢量分为大、中、小三类。分析结果表明:在相同的运行条件下,大矢量作用下转矩变化率最大,小矢量作用下转矩变化率最小,中矢量居于两者之间。仿真结果验证了理论分析的正确性和控制方法的可行性。

五相PMSM相邻两相开路故障容错控制策略

相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)发生相邻两相开路故障会导致驱动系统不稳定运行,针对这种故障状况,提出一种基于空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)技术的容错控制策略。首先构建永磁同步电机数学模型;进而为使机电能量实现平稳转换,重新构建降阶变换矩阵,得到故障后剩余相容错电流表达式;然后利用SVPWM技术,计算故障下空间电压矢量,建立6个扇区,进行目标矢量合成,进而计算相应基本合成电压矢量的作用时间,并给出对应扇区的空间电压矢量选择顺序;最后进行Matlab/Simulink仿真验证,仿真结果与理论计算一致,有效验证了所提SVPWM容错控制策略的正确性。利用该容错控制策略,五相永磁同步电机在故障状态下的运行性能得到明显改善,电机实现稳定运行。所提控制策略与传统电流滞环跟踪脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制方式对比分析,证明所提策略存在优越性。

考虑电压约束时双三相永磁同步电机一相开路的建模与容错控制策略

双三相永磁同步电机因其适用于低压大功率输出场合、输出转矩脉动小、容错能力强等优势而受到来自于学术界与工业界的广泛关注。该文通过对基于正常解耦变换的容错策略下的单相开路永磁同步电机控制系统进行重新建模,指出在容错控制器设计过程中忽略电压约束是现存的容错策略中仍存在电流波形畸变与转矩脉动的原因,进而在所建立的模型的基础上设计容错控制算法,对电压约束进行补偿,从而优化容错运行状态下的性能。所提出的控制策略保留基于正常解耦变换的双三相永磁同步电机容错策略下电压、磁链方程与正常运行时一致,且只需3个电流闭环的优势,并实现容错运行时的转矩脉动抑制,保证电机在开路故障状态下的高性能运行。仿真和实验结果也证明建模的准确性以及所提出的策略在减少谐波损耗和抑制转矩脉动方面的有效性。

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。

双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断方法

为了实现对双三相永磁同步电机绕组开路故障的快速诊断与定位,利用双三相永磁同步电机所特有的谐波子平面,提出采用谐波子平面电流矢量并结合归一化处理方案的双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断策略。首先,根据故障前后谐波子平面电流矢量幅值大小的变化进行绕组开路故障的检测,其次,依据绕组开路故障后不同的电流矢量相角,准确定位出发生开路故障的绕组。为消除负载发生突变时可能造成的误诊断现象,进一步设计了针对谐波子平面电流矢量的归一化处理方案,提升对双三相永磁同步电机绕组开路故障诊断的鲁棒性。仿真和实验结果表明,所提策略能够快速地诊断并定位出绕组的开路故障,在负载发生突变时也可以表现出良好的可靠性和鲁棒性。

一种基于谐波平面的十五相电机断相故障诊断方法

本文基于十五相感应电机数学模型及仿真模型,通过对定子相电流进行克拉克变换得到其三次谐波平面电流分量,详细地分析在断相情况下三次谐波平面电流的关系特征,提取出单相断相故障及两相断相故障情况下的故障特征信号以及对应故障下唯一的故障因子,提出一种基于三次谐波平面电流分量之间的电流轨迹及相位差关系的十五相感应电机驱动系统断相故障诊断方法。通过仿真试验证明该策略能够快速、准确地检测出断相故障并快速识别出故障相,且无误判或漏判现象。

五相PMSM驱动系统开路故障混合诊断方法

为了进一步提高五相永磁同步电机驱动系统的可靠性与安全性能,针对逆变器系统功率器件开路故障问题,提出一种基于混合逻辑动态模型剩余电流的开路故障诊断方法。在分析电机驱动系统连续电流状态变量以及离散开关信号的基础上,建立电机驱动系统混合逻辑动态模型对电机实时电流状态进行估计,利用该模型与实际电流残差作为诊断特征,通过对不同故障状态下剩余电流极性的分析设计故障关系表,实现具体开路故障的检测与定位。实验证明,该方法能有效诊断五相永磁同步电机驱动系统中单个以及两个同相功率器件同时开路故障,且诊断时间小于基本电流周期的50%。

数据中心典型冷却设备能效等级提升的节能性与经济性分析

本文以3种数据中心典型冷却设备(自然冷却风冷冷水机组、开式冷却塔、三相异步电动机)为例,分别介绍了对应的国家能效等级标准及相关节能政策,分析了自然冷却风冷冷水机组的产品特点及其在数据中心冷却架构中的特殊性,并结合实际应用场景对不同能效等级的冷却设备进行了全寿命周期的节能性与经济性分析,最终给出了设备选型及能效等级考核的相关建议。

基于谐波电流抑制的双三相PMSM容错型直接转矩控制

针对六相PMSM电机直接转矩控制系统在缺相运行时存在的转矩脉动大和电流谐波大等问题,提出了改进方法。根据矢量空间解耦的思想,推导出电机缺相后的数学模型和电压矢量方程,通过方程画出缺相后的电压矢量在基波平面和谐波平面的分布,分析了电压利用率的问题,在利用原始矢量制作出电机故障前后共用一个开关表的基础上,加入虚拟矢量合成后减少电流谐波的想法,以减小电机在直接转矩控制系统中缺相运行时的转矩脉动和电流谐波。利用虚拟合成矢量制作出电机在故障前后共用的一个开关表。仿真建模并验证了该方法的正确性。

多相电机非正弦供电下的定子缺相容错控制

多相电机通常采用集中绕组和非正弦供电方式,以改善磁场分布并提高电机的转矩密度。针对多相电机的上述特点,提出定子缺相时非正弦供电的容错运行策略。以9相异步电机为例,基于故障前后定子磁动势保持不变的原则,构建了剩余各相的电流方程组。分析了忽略7次谐波磁场、仅保持故障前后1、3、5次定子磁动势不变等容错策略,并通过引入定子铜耗最小的附加条件来求解正常相的电流。电流环采用比例谐振控制算法,实现了相坐标系下的无静差控制。通过实验对上述算法进行了验证,结果表明多相电机在非正弦供电情况下能获得较高的转矩密度和较平稳的运行性能。

自起动稀土永磁电机断相运行时步有限元分析

为了研究自起动稀土永磁电动机断相后的运行特性,建立了断相运行的场—路—运动直接耦合时步有限元模型。以一台22 kW永磁电机为例,分析了其在30%和50%额定负载下断相前后的定子电流、转矩波动及损耗情况。计算结果表明,在负载转矩保持不变的条件下,断相后定子电流接近断相前的2倍,转矩发生大幅度波动,而总损耗分别增加32%和84%。因此,从减小损耗与转矩波动两方面考虑,自起动稀土永磁电机即使轻载工况下也应尽量避免断相运行。实测数据验证了计算结果的正确性。

12/8极单绕组无轴承开关磁阻电机绕组开路故障有限元分析

由于各齿极绕组均独立控制,单绕组无轴承开关磁阻电机(SWBSRM)的容错控制更加灵活,其转矩和悬浮力在故障运行时的补偿方式具有多样化特点。为探究12/8极SWBSRM绕组开路故障下运行性能,本文针对其典型的故障类型提出不同补偿方式,运用ANSYS建模分析其电磁特性。基于有限元分析结果,优化了不同故障类型下的悬浮力补偿方式,为SWBSRM容错技术的理论与实验研究提供参考。

六相永磁同步电机鲁棒自适应反步滑模容错控制

六相永磁同步电机具有低压大功率、转矩脉动小和容错能力强等优势,特别适合于船舶电力推进领域。针对六相永磁同步电机系统常见的定子绕组缺相故障,结合故障检测机制提出了一种基于零序电流中线补偿的缺相故障容错矢量控制结构,无需根据不同相绕组开路和中性点连接方式重新建立降维解耦的数学模型。为了解决绕组缺相故障引起的转速跟踪和转矩脉动问题,提出了一种鲁棒自适应反步滑模转速容错控制算法,利用自适应估计和鲁棒控制思想分别实时补偿系统存在的慢时变参数摄动和快时变负载扰动,实现了六相永磁同步电机缺相故障运行的转速高精度跟踪和扰动抑制特性。通过半实物仿真平台和绕组缺相故障模拟试验,验证了所提中线补偿策略和转速容错控制算法的有效性。

单逆变器驱动双永磁同步电机断相容错控制策略

为保障单逆变器控制双表贴式永磁同步电机(surface-mounted permanent magnet synchronous motor,SPMSM)在发生断相故障后系统的安全可靠运行,该文提出一种单逆变器表贴式双永磁同步电机系统绕组断相故障容错控制策略。首先根据断相后的电机电压电流关系,设计一种用于单逆变器双永磁同步电机的绕组断相故障容错拓扑。在此基础上,为保证双永磁同步电机系统稳定运行,利用端口电压调整策略,满足双永磁同步电机的拓扑约束。仿真和实验结果表明,所提容错控制策略可确保单逆变器控制双电机系统在某一电机发生断相故障时仍然稳定运行。

小型隔爆电动机过载断相保护技术及其微机算法的研究

煤矿井下小型隔爆电动机常用的过载、断相保护存在一些缺陷,为了改进其保护方案,对过载保护采用符合电动机发热特性的迭代法进行动态过载保护,以取代常规的静态过载保护;对断相保护引入交流采样及滤序算法提取断相故障信号,以取代常规的分立元件的直流采样算法及滤序方法.试验结果表明,动态过载保护装置可计及电动机的动态过载的热积累,其动作的反时限特性更容易与电动机的过载特性相配合;断相保护采用的全数字化处理方案可使其采样精度更高,实时性及抗干扰能力更强.

直线电机分段供电故障诊断研究

从分段供电式直线感应电机的结构特点出发,介绍电机的工作原理,给出其在d-q坐标系下等效数学模型及其控制策略。在此基础上,针对分段供电可能带来的潜在故障类型,采用与系统健康状态直接相关的电流和位置状态作为特征量,设计出快速诊断电机分段供电相关状态的检测算法,给出判定准则并通过编程实现。通过实验验证,所提出的故障诊断系统能够对系统及控制进行有效判定,解决了设备本身难以自诊断的问题,实现了分段供电故障的准确定位。

九相感应电机容错控制技术研究

以九相感应电机为研究对象,研究了定子一相绕组或多相绕组开路时系统的运行情况。为抑制电机在定子绕组开路时的转矩脉动,提出一种新的控制策略。该策略通过修正常规矢量控制系统中的变换矩阵和电感参数,构成了多种断相组合(最多断开七相)状况下都适用的控制系统。分别以一相和两相定子绕组断开为例,在MATLAB/Simulink中进行了仿真。结果表明,提出的控制策略能有效抑制因九相电机定子绕组开路而造成的转矩脉动,且具有通用性。