转子磁钢离心式六相十极永磁容错电机及控制策略

在转子磁钢采用离心结构的六相十极永磁容错电机基础上,提出一种具有转矩脉动最小化输出及容错能力的电流直接控制法。该控制策略保证电机某一相绕组或控制器发生断路及短路故障时,电机的输出转速及转矩平均值不变,并可使六相正常态平滑过渡到五相故障态,实现系统容错。设计了一台750W六相十极永磁容错电机及其全数字控制器,通过绕组的断路及短路故障试验证明了电机设计的合理性及电流直接控制策略的正确性。     

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 Sym-metrical 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...     

基于三相四桥臂的永磁容错电机控制系统研究

针对高可靠性和高输出性能要求的航空用电机驱动系统,提出了基于三相四桥臂的永磁容错电机控制系统。通过电流解耦,对电机绕组中的交直轴电流及零轴电流进行分析,提出了恒iq,id控制算法。该算法可以实现电机及其控制器发生一相断路或短路故障(包括绕组故障和功率管故障)时,系统输出的功率和转速不变,而故障态的转矩脉动最小化输出。MATLAB仿真证明了该控制策略的正确性及可行性。     

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。     

考虑反电动势2次谐波的容错型磁通切换电机开路及短路故障控制策略

六相永磁容错磁通切换电机(FTFSPMM)继承了传统永磁磁通切换电机的转子结构简单坚固、功率密度高的优点,同时具备故障隔离和抑制短路电流的能力。研究了考虑反电动势2次谐波时一相开路和短路故障时的容错控制策略。开路故障时,考虑到反电动势2次谐波,调节正常相中其中两相的电流幅值和相位使输出转矩平均值不变,转矩脉动为零。一相短路时,根据测量得出的短路电流,考虑电机的电阻和自感计算出短路相的反电动势。将一相短路时的转矩脉动分解为由该相开路引起的转矩缺失和脉动、由该相短路电流作用电感引起的转矩脉动和作用电阻引起的转矩脉动,分别计算用于补偿电感及电阻引起的转矩脉动的电流合成后即为短路时的补偿电流。在原理样机上进行了容错实验,验证了所提容错控制策略的有效性。     

五相永磁容错电机的相间短路容错控制

永磁电机发生短路故障后,电机内的短路电流急剧增大,电机系统将失去平稳性,威胁重大装备的运行安全。与其他短路故障相比,相间短路破坏性最强。针对这一严重故障,该文提出一种五相永磁容错电机的相间短路容错控制。以稳定的输出转矩为目标,从消除相间短路引起的断相和短路电流这两个负面影响出发,构建最优容错电流。利用故障前后磁动势不变的基波降阶矩阵,重构非故障相电流,弥补相间短路下断相引起的转矩损失和转矩脉动。进一步地,在非故障相中注入补偿电流,以注入电流与短路电流的磁动势和为零为原则,抑制短路电流引起的转矩脉动。利用叠加原理合成所需容错电流,并通过载波脉宽调制技术固定所提容错控制的开关频率。最后,通过实测20槽/14极五相永磁容错电机故障,容错运行下的动、静态特性,验证了所提控制策略的正确性和可行性。     

基于三相四桥臂逆变器的永磁容错电机控制系统

针对高可靠性和高输出性能要求的航空用电机驱动系统,本文提出了基于三相四桥臂逆变器的永磁容错电机控制系统。通过电流解耦,对电机绕组中的交直轴电流及零轴电流进行分析,提出了恒id、iq控制算法。该算法可以实现电机及其控制器发生一相断路或短路故障(包括绕组故障和功率管故障)时,系统输出的功率和转速不变,而故障态的转矩脉动最小化输出。本文搭建了一套3 kW的MATLAB仿真模型,针对一相断路、短路故障进行仿真分析,仿真结果证明了该控制策略的正确性,最后通过一套1 kW的实验平台进行一相断路故障实验,实验结果证明了该控制策略的可行性。     

永磁容错电机的直接转矩控制策略

针对六相永磁容错电机及其驱动拓扑的特点,深入研究永磁容错电机电压空间矢量的分布规律,确定其选择原则,并设计了永磁容错电机的磁链和转矩估计观测器。详细分析系统在正常态和故障态时综合电压空间矢量对磁链和电磁转矩的影响,确定开关电压矢量的扇区和选择表,从而建立了具有容错能力的直接转矩控制策略。通过对一套750W六相永磁容错电机及其控制系统进行绕组断路和短路故障实验,表明系统发生单相断路或者短路故障时,电机输出转速和有功功率基本不变,实现了容错控制,进而证明了该控制策略的正确性及可行性,这为应用于高可靠性航空用电动燃油泵系统奠定基础。     

6/19容错型永磁磁通切换电机的短路故障容错控制

短路故障是电机工作时会发生的故障之一。当电机发生短路故障后,由于正常相电流的缺失和短路电流的扰动作用,使得电机不对称运行,电机输出转矩和转速脉动加大。基于直接转矩控制的容错控制策略具有优越的动态性能,但没有对短路电流脉动进行直接抑制。本文提出一种前馈补偿算法,通过对短路电流扰动转矩进行前馈补偿,削弱短路电流对电机输出转矩和转速的扰动。在6/19容错型永磁磁通切换电机实验平台上对所提容错控制算法进行了实验验证。     

电动汽车用永磁同步电机转矩脉动抑制方法综述

在各类驱动电机中,永磁同步电机以其能量密度高,效率高、响应快等优势,广泛应用于电动汽车电驱动系统中。电机本体存在气隙磁场分布的非正弦特性、齿槽效应,逆变器存在死区时间和管压降等会引发电机的转矩脉动问题,导致电驱动系统产生大量电磁噪声。国内外学者提出了多种优化和改进措施,结合近年来国内外的研究成果,针对电机本体齿槽转矩脉动采用的斜槽法和分数槽法、针对电流谐波转矩脉动的迭代学习控制、重复控制法、附加转矩闭环控制和谐波电流注入法等,分析了各类方法的优缺点,为改善电动汽车的舒适性和电驱动系统的可靠性提供了理论参考。     

基于DITC的开关磁阻电动机可逆控制系统

与传统的交直流电动机相比,开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)的主要缺点是其转矩脉动较大以及由此引起的噪声和振动。通过引入直接瞬时转矩控制(Direct Instantaneous Torque Control,简称DITC),可有效减小SRM控制系统的转矩脉动。介绍了SRM-DITC可逆运行系统的主要组成,并提出了在可逆运行工作模式下的DITC方法。通过仿真和DSP物理实验,验证了所提方法的有效性。     

基于变参数PI和模糊控制的直接转矩控制

针对传统永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制系统中存在定子磁链和电磁转矩脉动的缺点,提出一种基于变参数PI和模糊控制的直接转矩控制方法,将传统直接转矩控制系统中PI速度调节器和滞环比较器分别用变参数PI速度控制器和模糊控制器代替.介绍了变参数PI和模糊控制的原理和设计方法,最后构建了改进后系统控制框图,并进行了实验验证...     

一种恒定开关频率的永磁同步电动机直接转矩控制方法

文章对永磁同步电机的直接力矩控制算法进行了研究，提出基于DSP控制的恒定开关频率的永磁同步机直接转矩控制方法，它充分利用功率开关器件的开关频率能力，使转矩脉动达到最小；同时提出了适用于同步电动机的直接转矩控制开关表。在理论分析的基础上对其进行了仿真研究。仿真结果证实了该控制方法的可行性，系统转矩动态曲线显示了良好的动态性能。     

直接转矩控制在开关磁阻电机中的应用

开关磁阻电机有角度位置控制、电流斩波控制和PWM控制等传统控制方式,但上述控制方式下系统转矩脉动较大,导致振动和噪声比其他调速系统严重,制约了它在某些场合中的应用.文章将直接转矩控制技术应用到开关磁阻电机中,建立了直接转矩控制的仿真模型.仿真研究表明直接转矩控制技术能够将磁链矢量幅值很好的控制在滞环带内,从而有效地控制...     

Sixth torque harmonic in PWM inverter-fed induction drives and its compensation

The sixth-order torque ripple harmonic in induction motors under field-oriented control with voltage space phasor modulation is investigated by means of a simulation model. It is shown that the main reason for its appearance lies in the pulsewidth modulation. Measurements on a 220-kW asynchronous drive confirm the simulation results. A compensation strategy is proposed.     

非线性模型的开关磁阻电动机转矩脉动抑制

针对开关磁阻电动机SRM(Switched Reluctance Motor)转矩脉动大的问题,基于SRM的磁化特性,分析了SRM的非线性模型.采用Matlab/Simulink仿真软件,对SRM、功率变换器及其控制系统建立了动态仿真模型,并用模糊控制器对SRM的关断角进行实时补偿,实现SRM关断角自动调节,达到减小转矩脉动的目的.仿真实验中,转矩脉动系数从补偿前的0.673 0降低到补偿后的0.257 4,证明了该方法的可行性和有效性,为实际SRM控制系统的设计和调试提供了有效的手段和工具.     

An Effective Four-Level Voltage Switching State Algorithm for Direct Torque Controlled Open End Winding Induction Motor Drive by Using Two Two-Level Inverters

This paper introduces an effective four-level voltage switching state algorithm for direct torque controlled open end winding induction motor drive with two-two level inverters in dual mode. In the recent days, direct torque control of open end winding induction motor drive became an interesting area for researchers because it provides high dynamic performance and instantaneous control of stator flux and torque. It is more important especially in applications like propulsion and hybrid electric vehicles they require ripple free torque. The direct torque control provides high flux, torque ripple, and variable switching frequency. This paper introduces an effective voltage switching state algorithm for an open end winding induction motor drive to reduce torque and flux ripple at different frequencies of operation. The experimental results show that the proposed algorithm reduces torque and flux ripples without losing features of conventional direct torque control (DTC) algorithm and in addition it provides multi-level operation.     

基于离散空间矢量调制的直接转矩控制系统的仿真研究

针对异步电动机直接转矩控制(DTC)系统存在转矩和磁链脉动等缺点,提出一种基于离散空间矢量调制(DSVM)的DTC系统。根据转矩、磁链误差和速度的不同,在高低速应用不同的开关表,达到改善异步电动机运行性能的目的。仿真结果表明,利用该方法可明显改善异步电动机的电磁转矩脉动。     

基于预期电压矢量的永磁同步电机直接转矩控制系统

传统的基于开关表的直接转矩控制存在着转矩和磁链脉动大、开关频率不固定等缺点。考虑到空间矢量脉宽调制技术在一个控制周期内能够产生等效的任意相位的电压矢量,为了改善直接转矩控制的控制效果,提出了一种预期电压矢量的确定方法,并用PI控制器代替传统直接转矩控制系统的滞环比较器,构造出一种基于预期电压矢量的直接转矩控制策略。通过与传统直接转矩控制策略的对比试验,表明提出的直接转矩控制策略具有电流谐波小、转矩和磁链的脉动小、速度响应快、稳态误差小等特点。