十五相感应电机不对称缺相容错运行控制

缺相容错运行是多相电机重要优势之一。针对舰船十五相新型感应推进电机不对称缺相故障,在容错电流有效值不超过额定值的前提下,以输出转矩最大为目标,计算了容错电流并提出相应的容错控制策略。所提缺相容错控制采用与电机正常运行时相同的数学模型及解耦变换矩阵,无需重新计算电机参数,可以尽量少的改动容错控制策略。通过对一台45k W十五相感应电机不同缺相故障进行容错控制试验,验证了容错电流计算及控制方法的有效性。     

五相永磁同步电机缺相运行的建模与控制

为提高五相永磁同步电机(PMSM)控制系统的可靠性,减小定子绕组发生开路故障时电机输出转矩的脉动分量,提出了五相PMSM缺相运行时的容错控制策略。从矢量空间解耦的角度,建立了含有3次谐波磁场的五相PMSM缺相运行时的数学模型。根据瞬时功率守恒原理,对故障前后的电磁转矩进行分析,提出了平均转矩保持不变的容错控制策略,通过重新分配各相电流的幅值和相位,实现了控制系统的满负荷运行;为了使电机在缺相故障时仍能提供平滑转矩,提出了脉动转矩保持为零的容错控制策略,实现了控制系统的无扰运行。采用转子磁场定向的方法,通过对旋转坐标系下的交直轴电流和零序电流进行控制,实现了对电机输出转矩的补偿。实验结果表明,所提出的容错控制算法能够有效改善五相PMSM在定子绕组发生开路故障时的运行性能。     

电动汽车用六相永磁同步容错电机设计

针对传统三相永磁同步电机在发生故障下无法正常运行,设计了适用于电动汽车多相永磁同步容错电机,并分析了容错控制策略。根据电机性能指标,进行尺寸、永磁体、绕组等设计;在Maxwell有限元软件中建立仿真模型并进行分析。采用H桥拓扑电路,当电机绕组或逆变器发生短路、断路故障后,通过检测电流变化后直接切断母线上的开关,使所有故障都转换为电机缺相故障。仿真结果表明,当电机发生缺相故障后,转矩脉动增大,输出转矩减少,采用容错控制策略后,输出转矩略有减少,转矩脉动明显降低,从而验证容错控制策略的可行性以及该电机设计的合理性。     

基于MSC的五相感应电机缺两相容错控制

为了使五相感应电机在发生多相缺相故障时仍能平稳运行,提出一种基于对称分量法(Method of Symmetrical Components,MSC)的脉动转矩最小的容错电流优化控制策略。利用MSC对五相感应电机缺两相容错运行时的电流,磁势进行对比,得到转矩脉动最小时的最优容错电流,并对计算结果进行仿真分析,得到缺两相容错运行的电流,磁势结果。仿真结果表明,基于MSC计算出的容错电流可实现对五相感应电机缺两相运行时的容错控制,仿真结果与计算结果相符。     

五相集中整距绕组感应电机缺相容错控制

定子绕组开路是多相电机调速系统中的常见故障。建立了五相集中整距绕组感应电机绕组开路后的方程,计算了电机绕组开路后的稳态输出电磁转矩,分析了减小转矩脉动的条件,提出了五相电机缺相容错控制方法。此方法在无需额外增加硬件的前提下,可以保证电机继续平稳地运行。对于电机定子绕组多相同时开路,建立相应的变换矩阵、重新计算电感参数后,也可以采用提出的控制方法。对电机定子绕组一相开路进行的仿真和实验结果表明,该容错控制方法可以大大减小电机缺相运行时的转矩脉动。     

船舶电力推进中十五相感应电机同轴运行及容错控制策略

同轴双十五相电机推进系统具有高可靠性、能容错运行、能驱动较重负载等优势,因此其在船舶电力推进中的应用具有重要意义。本文首先分析建立了十五相电机的数学模型,在此基础上建立了十五相感应电机和螺旋桨负载的仿真模型。通过广义派克变换矩阵的建立,设计了十五相电机转子磁场定向矢量控制策略,并结合同轴电机的转矩随动控制,得到了转矩随动矢量控制策略。分析了断相故障下十五相电机气隙磁场的变化,研究了切除对称分布定子相绕组的容错控制策略。通过Matlab/Simulink中的仿真模型,说明了同轴双十五相电机推进系统控制策略的有效性和容错控制策略的可行性。     

电动汽车用六相感应电机开路故障容错控制

针对传统六相感应电机发生绕组开路故障后转矩脉动大、谐波含量高、可靠性降低的问题,提出和改进了一种容错控制策略。推导了电机断路故障下的统一数学模型,建立了基于故障数学模型下的磁场定向控制,在谐波平面内加入了比例积分控制器,分别以一相、两相和三相定子绕组开路为例,进行了仿真和实验研究。结果表明,该容错控制策略能有效减小绕组开路故障后的转矩脉动和电流谐波,能够实现绕组开路故障后的容错运行。     

五相永磁同步电机缺两相容错型直接转矩控制

为了增强五相永磁同步电机(PMSM)驱动系统的可靠性,以永磁体磁通中含有3次谐波分量的五相凸极式PMSM为研究对象,在无故障数学模型的基础上,针对五相绕组缺两相故障情况,提出了相应的缺两相容错型直接转矩控制(PTC)策略。该策略通过构建五相电机缺两相后的α_1β_1空间电压矢量分布图,基于当前周期的基波磁链信息和基波转矩信息,挑选出下一周期逆变器输出的最优电压矢量。为了实现平滑转矩,基波转矩采用总转矩给定值前馈补偿的方式以抵消电机缺相后3次谐波磁链耦合至α_1β_1空间而产生的转矩脉动。最后通过试验验证了所提控制方案能够在互相电机缺两相故障情况下平稳运行,且能实现正常运行到容错运行的快速切换。     

三相永磁同步电机断相容错控制

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的容错能力,减小定子绕组断路故障时电机电磁转矩的脉动,提出了三相永磁同步电机断相容错控制策略。基于故障后正常相绕组电流与电压之间的关系,建立了三相PMSM一相绕组开路时的数学模型。通过分析故障前后电机的电磁转矩,提出了电磁转矩输出不变的容错控制策略,通过调整非故障相电流的幅值与相位,计算前馈零轴电压,保证一相绕组开路故障时电机的正常运行。为了提升电机故障下电磁转矩输出的平稳性,提出前馈零轴电压与中线电流闭环修正相结合的容错控制策略,实现了电机控制系统故障条件下的无扰动运行。采用转子磁场定向的方法,通过在旋转坐标系下交直轴电流控制器上增加前馈零轴电压和中线电流闭环修正,实现了一相绕组开路时的转矩脉动的补偿。实验结果表明,该文提出的容错控制算法可以有效减小三相PMSM在定子绕组发生开路故障时的电机电磁转矩脉动,提高电机控制系统的容错性能。     

电动汽车用五相感应电机容错控制

多相感应电机具有高效、低转矩脉动,能容错运行以及更易于实现低压大功率等优势,特别适合应用于电动汽车。针对驱动系统常出现的缺相故障,基于故障前后定子磁动势保持不变的原则研究了容错控制策略,并探讨了3次谐波注入后,1、3次谐波之间的磁场耦合及其对电机转矩等性能的影响。为解决滞环控制产生的转矩脉动和效率下降等问题,电流环采用了比例谐振控制方式,利用其谐振点附近的高增益,实现了相坐标系下的无静差控制。构建了一套低直流母线电压供电的五相感应电机控制系统,通过一相和两相绕组断开故障等实验,研究对比了不同控制策略下电机的性能,及各控制策略中谐波耦合的影响。     

十五相感应电机缺相故障稳态性能分析（英文）

多相感应电机因其优越的容错性能,非常适用于可靠性要求极高的大功率场合。针对舰船十五相新型感应推进电机缺相故障,应用合成电流法,列写了矩阵形式的绕组回路电压方程,求解电机一相或多相缺相运行时的稳态运行性能。方程形式统一,可尽量少地改动方程参数。通过对十五相感应电机不同缺相故障进行试验,实测基波及3次谐波不对称电流与计算值吻合较好,验证了分析方法的有效性。     

BLDCM两相短路的四步换相容错运行方法

无刷直流电机运行过程中发生相短路,易引起二次故障,造成电机控制系统的功能丧失。针对无刷直流电机绕组两相短路故障情况,提出一种四步换相容错控制策略,确保电机故障后系统继续运行。通过在电机绕组设置电流检测元件,对三相电流进行检测,将连续两次检测值的差值作为特征量进行故障定位;根据定位结果,改变逆变桥功率管导通次序、导通时间,实现对电机两相短路情况下的容错控制,同时实现故障隔离。针对电机容错运行时转矩脉动较大的问题,采用H_PWM-L_ON调制方式并在换相时刻优化占空比,进行转矩脉动抑制。详细阐述电机两相短路容错控制策略的工作机理与换相过程,并对提出的四步换相容错控制策略进行仿真和实验,结果表明,电机容错运行时非故障相相电流峰值接近电机正常运行时的1.5倍,故障相相电流峰值接近电机正常运行时的1.25倍,转矩脉动增加20%,转速波动在5%以内。     

五相感应电机缺相容错运行的全转矩范围效率优化控制策略

多相电机的缺相容错性是其相比于传统三相电机的一个重要优势,现有的基于带载能力最大化或铜耗最小化策略的缺相容错控制方法在带载能力和驱动效率方面存在一定局限性。针对五相感应电机的几种典型缺相故障,提出一种全转矩范围效率优化容错控制策略,根据实际负载对各相电流间的幅值和相位的相对关系进行实时在线调节,以保证电机在全转矩范围内的任意负载工况均实现定子铜耗最小化,在保证带载能力最大化的同时提高了电机的运行效率。在此基础上,提出一种适用于正常与多种缺相工况的统一容错控制方法。通过阶梯加载和稳态性能对比等试验,证明了所提效率优化控制策略的有效性。     

新型五相BLDC电机的容错控制策略研究

本文针对一种具有144°平顶梯形波的五相容错永磁无刷直流(BLDC)电机提出了基于转矩等效的容错控制策略。在保证输出转矩相等的基础上,推导了故障条件下的BLDC电机容错式BLAC控制策略。仿真和试验结果表明,该容错控制策略可以保证五相DLDC电机在故障条件下保持正常运行时的转矩性能。     

不同绕组连接方式下的六相永磁同步电动机MT容错控制

多自由度使多相电机具备了优异的容错能力。本文针对单中性点、双中性点及开端绕组结构的六相永磁同步电机,以缺相容错运行时输出转矩最大为目标,提出一种适用于不同绕组结构电机的容错电流计算通用表达式。通过对六相永磁同步电机缺一相故障状态下的自由度进行分析,计算了不同定子绕组结构下的容错电流,并给出相应的控制方法。对比三种不同绕组结构电机容错运行时的带载能力,开端绕组结构的六相永磁同步电机缺相容错运行时输出转矩最大。利用Matlab/Simulink建立了六相永磁同步电机模型及其控制系统,验证了计算结果的有效性。     

十二相永磁电机驱动系统的容错控制策略

以采用多通道控制技术的十二相永磁推进系统为研究对象,研究基于分组控制的驱动系统容错控制方式。首先在建立dq坐标系下多相永磁同步电机多Y数学模型的基础上,分析容错模式时的电机转矩输出能力,并将矢量控制与分组控制结构相结合,以相绕组最大电流为约束条件建立驱动系统的容错控制策略,保证永磁同步电动机缺相时输出转矩的平稳性。最后,对十二相永磁电机驱动系统的断相故障状况进行仿真和实验,验证了采用基于多Y数学模型的分组控制策略,当某相出现故障时切除该相所在整套绕组及控制通道,更适用于对可靠性要求高的多相电机驱动系统。     

十五相感应电机对称缺相运行时的定子漏抗计算

定子参数计算是应用等值电路进行多相感应电机对称缺相运行性能分析的基础。通过引入关联矩阵反映所缺相数,分别对定子槽漏抗、谐波漏抗、端部漏抗进行计算,得到了十五相感应电机缺一个五相、两个五相绕组对称工况下的定子漏抗。计算结果表明,对于整距集中绕组的十五相感应电机,缺少五相或十相后,每相槽漏抗不变,谐波漏抗增大,而端部漏抗减小,故对称缺相运行工况下的定子漏抗参数与正常工况下并无明确倍数关系。在正常工况及缺十相对称运行工况下对十五相感应电机原理样机进行了堵转试验,试验测得的短路电抗与计算值相互吻合,间接验证了计算结果的正确性。     

九相感应电机对称缺相运行效率优化

多相感应推进电机作为舰船推进系统的核心装置之一,具有可靠性高、功率密度高、转矩脉动小等优点。对于多套多相绕组构成的多相感应电机,当推进系统出现故障或低速航行时,电机可切出一套或多套绕组,在对称缺相状态下减额运行。本文以三套三相绕组构成的九相感应电机作为研究对象,针对电机对称缺相运行工况,在重新计算定、转子参数的基础上,建立对称缺相运行时的T型等效电路,结合螺旋桨负载机械特性,计算了九相感应电机对称缺相运行时与负载匹配的最大输出转矩,并对比分析了减额运行工况下不同相数运行时的效率,为多相感应推进电机对称缺相运行提供了理论依据。     

基于电感参数补偿的五相感应电机容错控制

为抑制五相感应电机定子开路故障下的转矩脉动,本文提出一种基于不对称电机模型的电感参数补偿策略。从空间矢量解耦的角度,推导了定子绕组不同开路情形的坐标变换矩阵,建立了五相感应电机故障后的数学模型。通过修正故障后电机的电感参数和解耦矩阵的系数,实现了故障情况下五相感应电机的转子磁场定向控制,保证其在故障后平稳运行。以a相绕组开路故障为例,仿真和实验结果表明该策略能够有效地抑制转矩脉动,改善电机故障下运行的性能,此外这种分析方法可以推广到任意的多相电机。     

五相永磁同步电机容错控制策略

针对多相电机驱动系统中常见的定子绕组开路故障,提出一种有效的容错电流控制策略。从矢量空间解耦的角度,推导出缺相故障状态下的坐标变换矩阵,建立了五相永磁同步电机(PMSM)在发生一相绕组开路故障时的解耦数学模型。根据同步旋转坐标系下的定子铜耗方程,通过对Z1-Z2子空间的电流设置不同的约束条件,得到相应的矢量控制方法。实验结果表明,该方法可以减小定子绕组开路故障引起的转矩脉动,使五相PMSM在故障状态下的运行性能得到明显改善,有效提高调速系统的可靠性能。