双凸极电机主功率变换器故障在线诊断

主功率变换器是电机系统中最薄弱、故障率最高的环节。故障后电机运行在非平衡状态,降低了系统可靠性,而且可能导致电机以及整个系统损坏。因此对主功率变换器进行在线故障检测和诊断是提高整个系统可靠性的关键。本文通过对基于全桥变换器的电励磁双凸极电机主功率电路功率管故障的研究,在不影响电机控制方式的情况下,改变三相电流传感器位置,同时结合功率管驱动信号和二极管续流信号,实现在线故障诊断。最后通过模拟故障状态,验证了该方法的正确性、快速性和实用性。     

考虑电压电流约束的感应电机容错运行对比研究

围绕电机驱动系统可靠性提高问题,对现有几种具备容错运行能力的三相感应电机驱动系统性能开展了对比研究。对容错控制策略的评估应考虑电机驱动系统输出的实际转矩和转速,而这主要取决于系统电流和电压约束。考虑到励磁电流的存在,感应电机驱动系统中的电流极限不如永磁电机驱动系统中的电流极限直观,同时逆变器和电机都存在对系统电压的限制,故通过推导故障后电机驱动系统的电压方程,分析得到了电机参数、运行工作点和电压电流约束对输出转速的影响,并指出优化拓扑可使故障后电机运行在额定转速以上以获得额外的功率。利用搭建的感应电机驱动测试平台开展了实验研究,不同容错策略的对比实验结果验证了理论分析。     

感应电机系统传感器故障平滑容错控制策略

针对感应电机驱动系统的传感器故障容错运行问题,设计了一种间接磁场定向控制、直接转矩控制和V/f控制相复合的平滑容错控制策略。通过适当改进间接磁场定向控制器和直接转矩控制器,可将其与V/f控制器集成于同步坐标系中,从而允许不同控制器的直流型电压指令来回切换,使得三者在转速、电流或电压传感器故障和故障恢复时相互替换。同时采用了架构简单的速率限制器实现了不同控制器的平滑切换过渡。利用1.2 kW感应电机驱动测试平台开展了实验研究,结果表明,新型容错控制策略通过不同控制器平滑切换实现了感应电机驱动系统各类传感器故障下的故障容错运行。     

三相电机驱动系统逆变器故障补救与容错策略

电机驱动系统的安全运行得到了研究者的广泛重视。逆变器是电机驱动系统中故障频发的薄弱环节,对目前逆变器的故障隔离、补救和容错方案进行了归纳,介绍了各方案所采用的拓扑和控制策略,并以永磁同步电机驱动系统为例对各容错逆变器的性能进行了对比,其结果可以为提高电机驱动系统安全性设计提供指导。     

容错型混合励磁磁通切换电机的模型预测控制

为了提高电机驱动系统的带故障运行性能,实现电机的最小铜耗容错运行,提出一种基于模型预测控制算法的容错型混合励磁磁通切换(FTHEFS)电机容错控制方法。以1台6/13极FTHEFS电机为控制对象,针对电机单相绕组断路故障,基于三相四桥臂逆变器拓扑,分别对模型预测转矩控制和无差拍模型预测磁链控制算法下的最小铜耗容错控制方法进行研究分析,并对所提容错控制方法的可行性和有效性进行验证。研究结果表明:两种控制方法均能使故障前后转矩、转速和定子磁链保持不变,同时降低故障后的电机铜耗,保证系统稳定运行。与模型预测转矩控制相比,无差拍模型预测磁链容错控制能够在降低开关频率的同时减小故障前后的磁链脉动。     

SRM容错型功率变换器设计与控制

针对功率变换器在整个开关磁阻电机(SRM)驱动系统(SRD)中容易发生故障的问题,此处提出了一种新型的基于三相四桥臂容错型功率变换器,使电机在开关管开路和短路故障下也能全功率运行。首先,为了便于分析所处工作模态,根据电感位置曲线将转子位置划分为6个位置区域,并对其中的两个位置区域的工作模态进行讨论分析;其次,针对所提功率变换器,提出相应的实时故障诊断策略和重构容错拓扑的控制方法;最后通过搭建的仿真模型和实验样机验证了所提功率变换器的可行性和容错能力。     

基于三相四桥臂变换器的开关磁阻电机系统开路故障容错控制研究EI北大核心CSCD

功率变换器故障是影响开关磁阻电机系统运行的主要问题之一,电机系统长期运行故障状态下可能会对整个系统造成不可逆的损伤。为此,该文提出一种适用于三相开关磁阻电机的容错控制策略,保证电机系统在开关管开路故障下可以容错运行。在健康状态下,开关磁阻电机系统为两相励磁运行模式,保证绕组利用率。在开关管开路故障时,使用第四桥臂在故障相上产生反向电流,开关磁阻电机系统调整为单相励磁模式,解决开关管开路故障时输出转矩缺相的问题。所提方法在使用较少冗余开关的基础上,提高了开关磁阻电机系统在开路障条件下的容错能力。仿真和实验结果验证了所提容错控制方法的有效性。     

双余度永磁容错电机开路故障补救策略研究

对于安全要求高的电力驱动系统,其电机应具有容错性能,即故障存在的情况下系统仍能正常工作。文章对采用了冗余设计的双余度永磁容错电机进行研究,提出了一种基于电流控制的开路故障补救策略。补救策略旨在当电机发生一相或多相开路故障时,能够产生同正常运行时相同的输出转矩,同时产生最小的转矩脉动和铜耗。经仿真证实,该故障补救策略可以完成预定的功能。     

开关磁阻电机功率变换器的故障诊断与容错策略

功率变换器是开关磁阻电机系统的中枢执行机构,也是系统中最容易出现故障的薄弱环节.本文分别从非线性模型仿真和实验两方面对不对称半桥功率变换器的单相故障进行了研究.基于傅里叶变换讨论了功率变换器故障后相电流频谱的变化规律,提出了相对谱比系数的概念,并将其作为故障特征量以实现功率变换器的故障检测.通过对比不同工况条件下的实验结果,分析说明了相对谱比系数具有良好的鲁棒性.最后给出了一种变角度容错方案,有效降低故障相产生的制动转矩,提高系统的可靠性能.实验结果验证了该文故障诊断与容错方案的有效性.     

直线游标永磁电机的开绕组容错控制

直线游标永磁(LVPM)电机是一种新型的初级永磁型直线电机,适合于长行程应用领域。在分析了该电机的结构特点和工作原理的基础上,推导并建立了电机的数学模型。针对LVPM电机开绕组驱动系统开关器件故障,提出一种改进空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)容错重构控制策略,将容错后空间电压利用率提高到正常状态时的75%。该容错策略是通过切断电机端口和故障开关管之间的连接,将电机端口连接至电源中点,通过剩余的开关管对电压矢量进行重构,并利用容错后的空间电压矢量进行SVPWM控制。仿真结果验证了该容错控制策略能够实现LVPM电机开关器件发生故障时的容错运行。     

新型定子永磁式容错电机的工作原理和性能分析

为满足电机驱动系统在多种高可靠性领域的应用,提出一种新型的定子永磁式容错电机结构--双凸极容错(doubly salient fault tolerant,DSFT)电机。DSFT电机在结构上集中了开关磁阻电机和转子永磁式容错电机的特点,具有结构简单、可靠性高、功率密度高等优点。以一台四相8/10极DSFT电机为例,分析其结构特点、容错齿作用和运行原理。在此基础上,研究DSFT电机在正常和短路时的磁场特性,计算磁链、自感、互感等电磁特性,从理论上分析DSFT电机的容错性能。运用电路、磁路瞬态联合仿真的方法,建立DSFT电机驱动系统的场路耦合分析模型,分别对电机在正常和缺相运行状态下的转矩输出性能进行计算分析。研究结果表明,DSFT电机相与相间的独立性好,具有较强的带故障运行能力,适用于一些工作环境恶劣且要求高可靠性、高能量密度的场合。     

基于二次差分的永磁同步电机电流传感器故障诊断方法

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统中电流传感器的典型故障,提出一种基于二次差分的电流传感器故障诊断方法。该方法通过判断电流残差与阈值的关系定位故障传感器,通过计算电流传感器输出电流的二次差分和周期电流积分识别故障类型。该方法能够准确识别出电流传感器的四种典型故障类型,为故障后的容错及维修提供准确信息,且由于对电流残差进行了周期性重构,增强了算法的鲁棒性。仿真和试验结果表明,该方法能够准确定位并识别故障传感器,且对参数不匹配及电流扰动具有较好的鲁棒性。     

基于多数据融合的电机故障诊断方法研究

电机作为各类电驱设备的主要动力装置,具有结构简单、控制方便、能效高、无污染等优点。在电机运行过程中,受载荷多变、零部件老化、散热条件差等影响,故障频发,进而降低电驱装置的工作效率和稳定性。此外,电机故障种类繁多,各故障的征兆与表现又极其相似,不同故障产生的原因也错综复杂,这极大地提高了电机故障诊断的难度。传统的电机故障诊断过程中多是基于单一传感器信号,存在不确定性大、诊断精度差等问题,为克服上述缺点,提出一种基于多传感器参数融合的电机故障诊断方法,基于振动加速度计和电流传感器信号,结合BP神经网络算法和D-S证据理论对电机故障进行准确辨识,提高电机故障诊断的准确性。简要介绍了多传感器数据融合技术的结构框架,在分析异步电机典型故障机理的基础上,对基于BP神经网络学习算法和D-S证据理论的多传感器数据融合电机故障诊断系统进行详细分析,并通过实例对所提出故障诊断方法的有效性进行验证。研究结果表明,采用所提出的多数据融合电机故障诊断方法可以高置信度地诊断出电机的故障类型。     

电动汽车电机驱动系统故障与失效模式分析

结合传统汽车故障与失效模式的分类方法,将电动汽车电机驱动系统的故障、失效模式进行了分析与总结归类,指出了故障发生的原因和相应的处理措施。基于电动汽车电机驱动系统的特殊性,将故障分为硬性故障和软性故障,提出了一套适合电动汽车电机驱动系统故障诊断与容错的控制策略。     

永磁电机驱动系统容错策略研究

驱动系统中的功率器件经常会发生开路或短路故障,电机定子绕组也会发生开路故障。这些故障会严重影响永磁电动机系统正常工作,对整个系统的安全性和稳定性造成严重影响。分析永磁电机驱动系统的容错控制策略,并且对各容错策略进行分析比较。展望了永磁电动机容错策略的发展趋势。     

永磁同步电机驱动系统逆变器容错重构控制

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统在逆变器故障状态下的容错控制,讨论了容错逆变器的拓扑结构,分析了六开关三相逆变器和四开关三相逆变器驱动系统输出电压空间矢量及其对系统性能的影响。研制了一个基于常规六开关逆变器的容错辅助控制电路,实现了容错逆变器在故障下的重构。针对PMSM直接转矩控制系统的实验研究,验证了容错辅助控制电路设计的正确性,证明采用容错逆变器可实现驱动系统的不间断运行。     

多相永磁同步电机磁场解析建模与容错性能分析

为了快速、准确计算多相永磁同步电机(PMSM)在一相或多相绕组故障发生时的容错运行能力,基于傅里叶级数分析方法,在二维极坐标系下建立了多相内转子表贴式永磁同步电机（SPMSM）绕组缺相不对称运行下的空载、负载磁场解析计算模型,并对气隙磁密、空载反电动势(EMF)以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算。设计制作一台44极48槽12相船舶用内转子SPMSM,并通过有限元分析和试验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,为了提高多相电机的容错能力,以最小等值相电流为优化目标,建立了多相电机驱动系统一相绕组开路故障容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,对12相SPMSM的容错性能进行了深入分析,进一步提高电机驱动系统的可靠性。     

混合式步进电机细分驱动系统建模及故障仿真

为提高步进电机细分驱动系统的故障诊断水平,在Simulink下建立了包含两相混合式步进电机本体、细分驱动、功率驱动及电流控制等模块在内的仿真模型。针对H型逆变桥臂四个功率开关管正常运行、短路及开路故障等状况进行了仿真,得到了相应的相电流波形。对各类故障进行了研究,分析了不同故障条件下电流波形的特征,分析结论为步进电机细分驱动系统的故障诊断提供了参考。