六相集成型电驱-充电系统容错运行研究

在此针对基于不对称六相永磁同步电机(ASPMSM)的集成型电驱-充电系统(IPCS)容错运行方案进行研究,以保证其在发生开路故障时能够安全运行。首先,分析了六相IPCS的电路拓扑与正常运行工况下的电流轨迹;其次,针对IPCS单相绕组开路故障进行分析,得到的电流轨迹验证了故障条件下电机将产生旋转磁场;然后,从调整定子电流幅值与相位的角度出发,基于最小铜耗准则建立了目标函数,并构建了用于实现网侧电流平衡与无旋转磁场的两个约束条件,利用Matlab优化工具fmincon求解优化结果。最后,搭建了实验平台,在1.5 kW功率条件下进行了实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

双绕组永磁容错电机驱动的垂直提升系统研究

针对现有容错电机驱动系统的不足,提出一种针对直升机绞车用双绕组永磁容错电机驱动的垂直提升系统,具有可靠性高、功率密度高、提升索降工况双向控制等优点。设计了容错提升系统的系统拓扑结构和双绕组永磁容错电机结构。分析了系统的工作原理,并分别对系统的提升工况和索降工况进行了数学模型的建立。为提高系统的缺相运行特性,提出了基于转速、电流、电压双向控制(电动制动)的热备份余度容错控制策略,以及开路故障诊断与余度通信策略。通过系统试验平台的搭建,对双绕组永磁容错电机驱动的垂直提升系统分别进行了提升工况正常态、绕组开路故障态和索降工况正常态、绕组开路故障态的试验验证。试验结果表明,当系统无论是工作在提升工况,还是索降工况,其发生绕组开路故障时,系统的输出性能仍可保持不变,实现了系统开路故障容错,证明了容错提升系统结构设计的合理性及容错控制策略的正确性。     

双绕组永磁容错电机矢量控制及其容错策略分析

介绍了双绕组永磁容错电机电流矢量控制系统的基本原理,在采用直轴电流id=0控制方法的基础上,提出开路故障、短路故障及组合故障的容错控制策略。在Ansoft Maxwell 14和Simplorer 9.0环境下,建立了系统的联合仿真模型,并研究了在一相、两相、三相开路和单相短路故障下容错控制策略实施前后的电流、转矩和转速响应曲线。仿真结果表明,双绕组永磁容错电机的电流矢量控制具有较强的容错能力和良好的速度、转矩控制特性,当发生故障时,采用所提容错控制策略,能有效抑制转矩脉动,维持转速稳定。     

三电平逆变器驱动双定子绕组PMSM系统容错控制

为了提高三电平逆变器驱动双定子绕组永磁同步电机(PMSM)系统的运行能力,设计了一种针对缺相故障和开关管开路故障的新型容错控制策略。新方案基于矢量空间解耦(VSD)控制实现了2套定子绕组的整体转矩控制。新方案可以实现优化目标下的缺相故障容错控制,如最小电流幅值方差。此外,针对开关管开路故障提出了基于VSD的补偿方案,即通过调整开关调制策略,实现了系统对称运行。新型容错控制方案还能抑制电流谐波和直流母线中点电压偏差。最后,PMSM容错试验结果验证了新型控制方案的有效性。     

基于双绕组永磁容错电机驱动系统的强鲁棒性开路故障诊断策略研究

双绕组永磁容错电机驱动系统具有高可靠性和强容错性等优点,是一种极具前景的容错电机驱动系统。针对双绕组永磁容错电机驱动系统目前存在的因负载突变或运行在空载/轻载情况下而出现误判断的问题,基于双绕组永磁容错电机驱动系统,提出改进型归一化平均电流派克矢量法结合防系统空载或轻载误判断处理器的强鲁棒性开路故障诊断策略。通过理论研究、仿真和实验结果验证该诊断策略不存在系统空载、轻载或负载突变条件下传统故障诊断策略导致的误判断问题,并可实时、准确的诊断系统单一功率管和单相绕组的开路故障,提高系统的鲁棒性。     

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。     

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。     

六相永磁容错磁通切换电机及其单相故障的容错控制

为了提高永磁电机的可靠性和容错性,研究了一种六相永磁容错磁通切换电机(FaultTolerant Flux Switching Permanent Magnet Motor,FTFSPM)。该电机继承了永磁磁通切换电机的结构特点和功率密度优势,同时具备故障隔离和抑制短路电流的能力。通过有限元仿真研究了该电机电感特性和转矩特性,分析了电机的电磁性能和容错能力。为使该电机在单相故障时仍能提供平滑转矩,提出了容错电流优化控制策略。开路故障时,利用扩展坐标变换,通过控制转子同步旋转坐标系下的交轴电流、零序电流,实现转矩脉动的补偿,同时优化转矩铜耗比。针对短路故障,提出一种故障分解补偿法,对短路电流及绕组正常电流缺失引起的转矩脉动或转矩缺失分别进行补偿,进而矢量合成,实现容错控制的同时,避免了复杂的在线计算。在原理样机上进行了带载实验及容错实验,证明了所研究的永磁容错磁通切换电机的转矩输出能力和容错性能,同时验证了所提容错控制策略的有效性。     

一种新型缺相永磁同步电机容错驱动系统

对矢量控制绕组开路式永磁同步电机驱动系统中一相绕组开路故障工况进行研究。采用电流矢量轨迹曲线诊断故障发生位置,通过桥臂冗余开关组合在线模拟开路相故障。引入60°坐标系统下固有开关冗余的电压空间矢量调制重构,提出矢量分解准则,在一个调制周期内逆变器-Ⅱ钳位于对应三角区域顶点的相同冗余开关状态,逆变器-Ⅰ进行电压矢量合成的控制策略,在不增加额外器件下实现驱动系统的缺相容错运行。基于MaxwellSimplorerMatlab三者的联合仿真实验验证了该容错方案能够实现驱动系统从开路故障状态到缺相容错运行的平滑、可靠切换,有效提高了系统的可靠性。     

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。     

H桥驱动下的单绕组无轴承薄片电机功率系统故障分析及容错控制

针对由H桥驱动的单绕组无轴承薄片电机因功率系统开关管发生故障导致电机无法正常运行的问题,以六相单绕组无轴承薄片电机为例,分析了开关管发生开路和短路故障时H桥的工作模态以及故障对系统造成的影响。在故障分析的基础上,对电机短路电流数学模型进行了推导,提出统一的故障容错控制方法。该方法通过非故障相电流重构,补偿功率模块故障对系统造成的影响,提供电机稳定运行所需悬浮力与转矩。通过有限元分析,验证了短路电流模型的正确性及故障容错方法的有效性。以1相和2相绕组功率开关管发生开路或短路故障为例,在一台原理样机上实验验证了理论分析与仿真结论。     

Analysis of multiphase induction machines with winding faults

The paper shows how the techniques of generalized harmonic analysis may be used to simulate the steady-state behavior of a multiphase cage induction motor with any form of open-circuit or short-circuit fault in the stator winding. The analytical model is verified using a four-pole machine with a 48-slot stator. Each coil of the stator winding of this machine is brought out to a patchboard that enables the stator to be configured for single-phase, two-phase, three-phase, four-phase, six-phase, or 12-phase excitation. Experimental results are compared with computer predictions for a six-phase machine with both open-circuit and short-circuit faults.     

基于虚拟同步机技术的六相电驱复用型车载充电系统

电驱复用型车载充电(EDROC)系统通过复用电驱系统推进电机绕组、大定额逆变器装置与控制电路,能够分时执行电驱与充电两种变流功能,在成本、功率等级以及功率密度等方面具有显著优势。本文针对电网波动情况下三相交流接口不稳定的问题,引入了虚拟同步电机(VSM)控制,确保EDROC系统安全稳定运行。首先,介绍了六相EDROC的电路拓扑与基本工作原理;其次,利用六相电机多控制自由度的优势,将基波平面的转矩产生分量映射到x-y谐波子平面,从而实现在充电过程中无电磁转矩产生;然后,建立了三相AC/DC接口的VSM控制数学模型,使变换器模拟同步电动机运行;最后,搭建了试验样机进行实验,结果为电流总谐波失真度(THD)为2.91%,满足国标,并且系统能够及时响应频率变化,结果表明所提方法具有理想的功率调节以及零电磁转矩性能。     

基于开关状态的三电平 NPC 整流器开路故障诊断

为了降低三电平中点钳位型(NPC)整流器故障诊断算法的复杂度和成本,本文提出基于开关状态的开关开路故障诊断 方法。 首先,选取某些开关状态在半个电流周期的累计值作为诊断变量,并结合自适应阈值及电流相位实现故障桥臂的检测。 其次,执行基于无功电流注入的外开关故障容错控制并对阈值进行更新。 最后,在容错期间基于诊断变量的变化情况,实现故 障开关的定位。 所提出的方法能够同时实现单和双开关开路故障诊断,而无需额外的传感器以及复杂的计算和诊断规则,具有 实现简单和成本低的优点。 实验结果验证了所提出方法的有效性和鲁棒性。     

梯形波相电流驱动六相感应电机建模与控制

针对交流电机的气隙磁链定向控制具有气隙磁通能被直接测量的优点,但要实现气隙磁链定向控制必须采用派克变换算法,使控制系统复杂化和运算量大等缺点,提出了一种气隙磁链定向控制策略:即六相感应电机梯形波相电流控制。该梯形波相电流由励磁电流和转矩电流组成,在该梯形波相电流驱动下六相定子绕组可以分为励磁绕组和转矩绕组,模拟直流电机实现励磁磁场和转矩的直接控制而不需要复杂的派克变换。采用有限元分析,研究六相电机的主要性能,建立六相电机定子相电路模型。整个六相电机驱动系统的性能通过实验完成。结果表明该种控制方案可以真正实现磁链和转矩的独立控制,使控制器结构简单,具有便于实现特点。     

永磁同步电机驱动系统开路故障检测方法

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统单相开路故障诊断问题,提出了一种基于dq电流特征提取的故障诊断方案.分析了传统的PMSM驱动系统单相开路故障诊断的原理和缺陷.设计了准确的故障模拟,简化了故障诊断算法开发过程,在此基础上设计了一种基于瞬时电流特性分析的单相开路故障诊断方案,其能够以最小的系统资源,在单个控制周期内快速...     

一种无轴承开关磁阻电机独立控制策略

基于无轴承开关磁阻电机中平均转矩和径向悬浮力之间独立控制的思想,研究了一种新型的控制策略。其中主绕组电流单、双相交替工作,悬浮绕组电流固定开关角轮流导通15°,实现无轴承电机转矩和悬浮的独立控制并建立该控制策略下的瞬时转矩、平均转矩和径向悬浮力的计算公式,阐述电机控制参数和控制依据,分析了该控制策略的工作区域。仿真和实验结果均证实了理论分析的正确性和可行性。     

海上双馈风电机组开路故障容错重构技术

为了降低海上风电场的度电成本,避免可及性差导致的维护困难,提出一种海上双馈风电机组开路故障的容错方法。首先,根据开路故障的位置特点给出不同的硬件重构方案。然后,针对转子侧变流器单相开路故障,优化故障后的三相四开关变频器调制信号,同时加入直流电压偏差,补偿故障引起的直流电容电压波动。仿真与实验结果表明,发生单相开路故障后,通过软、硬件容错技术可实现无冗余配置下的非备份式容错运行,提高机组的可用率。