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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于SVPWM的五相永磁同步电机 两相开路故障容错控制策略

针对五相永磁同步电机(PMSM)发生两相开路故障的情况,提出一种基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的容错控制策略。该控制策略通过对六个扇区的划分和六个非零电压矢量的重构来实现参考矢量的合成,同三相PMSM在正常工况下的SVPWM方法相似,计算简单,易于实现。利用该容错控制策略,可以在保证平均转矩的同时,大幅减小由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。仿真和实验结果表明采用该容错控制策略能够实现五相PMSM驱动系统在两相开路故障下的高品质运行。     

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...     

基于矢量控制的多相电机缺相处理

多相电机中的定子绕组开路或功率器件发生故障后,会处于缺相状态下运行。此时会造成转矩脉动大,转速下降,定子磁势幅值下降且定子磁链不再为圆形轨迹。为了维持缺相电机的调速性能,使电机能继续稳定运行,本文设计了多相感应电机在缺相情况下的矢量控制策略。并同过matlab进行了仿真,结果表明,缺相后通过矢量控制能获得相当不错的静动态性能,调速性能优于磁势补偿控制,定子电流控制效果更好。     

基于最优转矩控制六相永磁容错电机故障补救策略的仿真研究

为了满足航空电力作动系统高可靠性的要求,介绍了一种六相永磁容错电机驱动系统的拓扑结构。在介绍其结构特点的基础上,分析驱动电路电气故障,通过电路等效原理将功率管开路、短路和电机绕组短路故障转化为电机绕组开路故障,最后根据功率守恒原则,提出了基于最优转矩控制的故障补救策略,旨在当电机发生开路故障时,能够产生同正常运行时相同的输出转矩,以及最小的转矩脉动和铜耗。Matlab仿真结果表明当电机发生一相或两相开路故障时,系统输出转矩基本不变,从而验证了研究的最优转矩控制策略的可行性。     

Sensorless Vector Control of Five-phase Induction Motor under Open-phases Fault

Abstract—This article deals with proposed solutions for five-phase induction motor drives, specifically aimed to sensorless vector control under an open-phases fault. Exploiting the modified transformation matrices for dual planes, the motor model in the synchronous frame is established under open phases. Torque ripple is reduced by particular magnitude ratio currents. Furthermore, the third harmonic current is used to improve iron utilization and torque density. The proposed sliding-mode observer method for wide-range speed estimation combined with online resistance identification is investigated, especially for low-speed operation. Experimental tests are performed to validate the effectiveness of the proposed method.     

The results do mesh

This article considers the effects of open-circuited phase windings and of shorted coil turns of the stator winding on the operation of the induction machine. The analysis and comparison of faulted modes of operation is achieved by simulation, using the dynamic mesh reluctance model (DMRM) approach. The DMRM approach gives valuable insight of induction motor detection of the faulted windings. Clearly, five-phase motors with third harmonic control give the best performance for machines with one-phase open circuit, and careful machine design can minimize adverse effects of torque ripple     

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。     

五相感应电动机定子绕组匝间短路仿真分析

建立了五相集中整距绕组感应电动机定子绕组匝间短路时的统一模型.通过该模型,可以分析定子各种短路故障及各电机参数对定子绕组匝间短路的影响.针对电机一相出现匝间短路时的情形,利用Matlab/Simulink 进行了仿真计算,通过对比Ansoft场路耦合计算结果,可以发现,两种结果是相吻合的,在一定程度上验证了所建立模型的...     

Synchronous-frame current control of multiphase synchronous motor under asymmetric fault condition due to open phases

In this paper, a synchronous-frame current controller of a multiphase synchronous motor with open phases is proposed. The proposed method cannot only possess the superiority of a linear controller over the conventional hysteresis-type current controller but it also enables the current to be regulated without a steady-state error. The key idea is that all the harmonics of the current and voltage, which can still contribute to the torque positively, can be equivalently represented as dc components even under asymmetric fault conditions. Throughout this paper, a five-phase synchronous motor with one open phase is used as a practical example, and the basic concepts can be easily extended into an n-phase ac motor with multiple open phases, which has the arbitrary number or configuration of the remaining healthy phases. Experimental results prove the validity of the proposed modeling and control algorithm.     

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。     

A New Control Strategy of 5-Phase PM Motor under Open-Circuited Phase Based on High Order Sliding Mode and Current References Real-Time Generation

The high quality of electrical power in high power and high reliability applications is a crucial necessity even under fault mode function. However, in these conditions, the quality of the torque is a key feature. To overcome this problem, the multiphase permanent magnet (PM) motors seems to be a very attractive choice. In order to highlight the robustness and reliability of this technology, this paper investigates the control of a five-phase PM motor under an open circuited phase fault conditions. Moreover, a High Order Sliding Mode (HOSM) controller combined to an optimal reference current generation is tested and compared to a PID controller under fault mode conditions. This original control strategy is proposed for faulted conditions. Compared to classical fault tolerant control, this strategy allows a better dynamic tracking of the non-sinusoidal reference currents and leads to a smooth torque with minimal losses even in severe fault conditions. To validate the proposed control strategy, simulation, and experimental results are presented and discussed.     

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。