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。     

ANPC三电平变换器开路故障容错控制研究

在工业应用中,功率变换器的可靠性和容错能力越来越受到重视。针对有源中点箝位(ANPC)三电平变换器拓扑结构的特点,分别提出在单功率器件和多功率器件开路故障下的容错控制策略。在分析ANPC三电平变换器发生功率器件开路故障时电流流通路径变化的基础上,通过修改功率器件的开关状态和开关顺序,可使变换器在故障后仍保持中点电压平衡和对称的三相输出。同时分析了不同组合下多器件开路故障后的容错能力,并提出相应的容错控制策略。实验结果表明所提控制策略的正确性和优越性。     

矩阵式变换器-异步电机系统的故障保护及容错运行方式

矩阵式变换器(MC)没有自由续流回路,这使得其安全保护成为一个难点.本文提出了一种新的矩阵式变换器-异步电机系统(MCIMS)故障保护方式,当出现故障时,通过控制变换器开关或进行结构重组为电机提供一个可控的续流回路,使电机迅速释放储存能量安全停车或容错运行,并针对电机过载、电力开关断路和短路三种情况分析了所提出保护策略的可行性.仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性.     

九开关变换器驱动的六相永磁同步电机两相断路时的容错控制

本文针对九开关变换器驱动的双Y移30°永磁同步电机系统,六相PMSM两相断路故障时,研究了相应的容错控制方法。首先根据九开关变换器的工作原理,得到电机断两相后的空间电压矢量,并选择合适的基础电压,提出了适用于断相后电机的SVPWM算法;然后根据断相电机的数学模型,建立了变换矩阵,用电气元件搭建了电机模块;最后在Matlab/Simulink中仿真实验,结果表明该容错控制维持电机平稳可靠运行,验证了所提方法的正确性。     

适用于双级矩阵变换器整流级功率开关故障的容错策略研究

将传统矩阵变换器逆变级的单向开关更换为双向开关,可构成全双向开关型双级矩阵变换器。该拓扑通过增加6个开关管以具备母线电压可反向、拓扑结构高度对称等特征。上述特征结合使得该拓扑在整流级功率开关发生故障时,可仅通过修正调制算法保证变换器正常运行,实现容错。该文针对整流级一个双向开关单元开路、两个不同侧双向开关单元开路两个故障,提出相应的容错策略。为保证容错策略安全有效的实施,随后提出相应的模态切换策略,并分析模态切换对电压调制比的影响。所提整流级容错策略的有效性最终通过实验得到验证。     

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。     

TSMC功率开关故障诊断优化

功率开关故障诊断是实现矩阵变换器系统在功率开关故障下的容错运行、提高系统可靠性的前提。针对双级矩阵变换器(TSMC),分别分析了正常运行和功率开关故障下TSMC的运行模式,并深入分析了功率开关故障下TSMC输出相电压的特征。在此基础上,结合TSMC空间矢量调制的特点,提出了根据输出相电压的开关组误差电压定位故障开关的方法。所提方法具有诊断准确、无需检测直流侧电压、诊断速度快、实现简单等优点。实验结果验证了理论分析的正确性以及所提故障诊断策略的可行性。     

考虑寄生参数的隔离型双有源桥DC-DC变换器的开关开路故障分析与容错控制策略

双有源桥(DAB)DC-DC变换器开关管的驱动电路故障导致开关开路故障(OCSF),这使得DAB系统拓扑对称性缺失、高频电压和电流发生畸变和直流偏置,进而对系统的可靠性和长期运行稳定性造成不良影响.对此,研究DAB开关管和高频变压器寄生参数对OCSF后系统运行状态的影响,以完善DAB故障分析体系.针对OCSF问题,提出一种基于对称拓扑和对偶原理的故障容错策略,通过闭锁开关使系统运行拓扑恢复对称,并在此基础上提出一种不改变控制器参数、只需改变控制器输出饱和参数的实用控制方法,并在理论上讨论了该方法的可行性.最后,通过实验验证了OCSF模态分析及所提容错控制策略的正确性.     

开绕组永磁复合轮毂电机驱动系统容错控制

针对开绕组永磁复合轮毂(Permanent Magnet Compact In-Wheel,PMCW)电机驱动系统中单开关管开路故障工况,在60°坐标系下,提出了基于双三相四开关逆变器的电压空间矢量调制(SVPWM)重构容错控制策略。该策略采用电压解析模型法进行故障诊断,通过桥臂冗余开关组合在线模拟开关管故障,依据矢量分解准则,在一个调制周期内,一个逆变器钳位于对应三角区域顶点的相同冗余开关状态,另一个逆变器进行电压矢量合成,两个逆变器交替运行在钳位和矢量合成状态,在不增加额外器件的情况下,实现了开绕组PMCW电机驱动系统单开关管开路故障容错运行,并兼顾了双逆变器之间的功率平衡。仿真和实验验证了该容错控制策略能够实现开绕组PMCW电机驱动系统从开关管故障状态到容错运行的平滑、可靠切换。     

并网变换器电流重构模型预测容错控制

当传统并网变换器发生桥臂故障时,通过连接故障相到直流侧电容中点,重构为三相四开关容错运行结构.针对三相四开关容错变换器的交流电流传感器故障问题,提出了一种基于电流重构的模型预测功率控制方法.首先,利用采样的直流电流和正常交流传感器信息,并根据变换器电压矢量与电流关系重新构造出三相电流.其次,建立容错变换器功率预测模型,...     

双向AC/DC容错变换器模型预测直接功率控制

双向交直流变换器的故障容错运行能力可有效提高其可靠性。综合考虑双向变换器直流侧电压调节及变换器容错运行控制,本文提出一种双有源桥(DAB)级联容错三相四开关变换器(FSTP)的两级式结构及其四矢量下的模型预测功率控制策略。当变换器桥臂发生故障时,前级DAB结构可提高直流电压,后级FSTP结构能够保证变换器的可持续容错连续运行。与传统无容错变换器方案相比,本文所设计的结构及控制方法能够升高直流电压且具有故障容错运行能力,保证双向交直流变换器在桥臂故障下能够持续可靠运行。通过与传统无容错变换器的仿真及实验对比,验证了本文所设计的结构及控制策略的有效性和可靠性。     

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.     

双绕组耦合直流变压器容错控制策略研究

本文作者研究了一种适用于电动汽车的双绕组耦合直流变压器的容错控制策略，结合控制电路的拓扑结构，在不增加冗余部件的前提下实现故障电路的重构与容错，保障整个集成系统的安全可靠性。该故障容错设计方案满足在电路主功率器件发生损坏时，变换器依然能够保证可控的能量通路，基于电动汽车小型化、轻量化的要求，不适宜采用冗余部件投切或者多开关型电路重构的容错方案，故采用支路独立型电路重构的容错方案。拟在绕组交错耦合型拓扑的研究基础上，针对交错半桥拓扑，分析其独立闭环工作时的开关模态，对比全桥工作情况，研究半桥工作时控制方案，优化交错半桥独立运行时的效率和工作性能。实验和仿真结果表明，该方法可以实现电路的容错控制，验证了理论分析的正确性以及所提出的容错方案的可行性。     

六相开关磁阻电机N+2功率变换器断路故障状态下的中点电流特性分析

针对多相开关磁阻电机(switchedreluctancemotor,SRM)功率变换器结构复杂、体积大、成本高,电机本体出线过多等问题,该文提出一种N+2式功率变换器拓扑,并将其应用于六相SRM。该拓扑采用2个开关管代替裂相式拓扑中的中点分压电容,可有效地减少功率变换器的成本和重量,同时具有一定的容错运行能力。另外,由于2个中点开关管的引入,各相并非完全独立运行,中点电流包含各相电流的信息。该文介绍在5种不同故障情况下中点电流的变化情况,对比不同故障对输出转矩的影响。最后利用一台12/10结构的六相SRM对提出的N+2功率变换器进行相关实验。观测正常工作状态和不同故障状态下相电流、中点电流等特征波形的变化。实验结果可以验证理论分析的结果。     

双向交直流变换器桥臂故障多矢量恒频模型预测容错控制

双向交直流变换器运行过程中的浪涌、尖峰等瞬态冲击会导致桥臂器件故障,进而威胁双向交直流变换器工作的可靠性。常规模型预测容错控制每个开关周期选取单个矢量作用于双向交直流容错变换器,所以开关频率不固定,难以准确跟踪目标矢量,电流谐波含量和功率脉动较大。为抑制常规模型预测容错控制下双向交直流变换器桥臂故障后的电流谐波和功率脉动,提出一种多矢量恒频模型预测容错控制方法。首先,重构桥臂故障后的双向交直流变换器系统结构,阐明故障容错运行机理及电压矢量变化。其次,建立容错运行模式的预测模型,在每个开关周期采用多个电压矢量的合成矢量跟踪目标矢量,并固定各矢量切换顺序,形成恒定开关频率。最后,仿真及实验结果表明,在所提控制策略下,双向交直流变换器发生桥臂故障后能够容错运行,且输出电流谐波减小,功率脉动下降,具有较好的稳态及动态性能。     

基于虚拟健全的有源电力滤波器容错控制

针对有源电力滤波器(APF)故障,提出一种基于虚拟健全概念的无辅助电路容错控制方法,在所提容错控制方法实现过程中,不需要改变电路拓扑和控制架构,只需要修改参考电流;给出正常运行与容错运行均适用的APF统一控制架构;研究了APF的缺相故障和开关管故障特性,分别给出了对应的容错控制参考电流。通过采用所提APF的缺相故障和开关管故障容错控制方法,电网电流的总谐波畸变率减小,有效改善了电网的电能质量。实验结果验证了该方法的有效性。     

基于小波变换的开关磁阻电机系统功率变换器故障诊断

适用于开关磁阻电机(SRM)驱动系统的功率变换器是决定系统可靠性的关键环节,功率变换器的长时间故障运行会导致整个系统的崩溃,因此,功率变换器的故障诊断具有重要的作用。采用离散小波变换方法,提取故障相电流的平均值与标准差的比值作为诊断特征量,对功率变换器斩波管和位置管的4种故障类型进行分析和讨论,实现了故障类型的确定与故障器件的定位。最后通过仿真和试验验证了所提的故障诊断方法具有良好的可行性和有效性。     

容错逆变器PMSM无位置传感器控制系统

为了提高系统的可靠性,针对系统中的功率管和位置传感器等脆弱环节,提出一种容错逆变器-永磁同步电动机无位置控制系统结构.系统中的逆变器采用容错拓扑结构,由四开关实现逆变器器件开路故障后的容错运行;自适应滑模观测器用于估算电机转子位置和转速,实现永磁同步电动机的无位置传感器控制.为减少四开关逆变器的输出谐波,对其SVPWM控制策略进行研究分析.对故障前后运行状况进行对比,仿真和实验结果证明所提出系统能够实现功率管开路故障后的可靠运行.     

基于改进变分模态分解的SRM功率变换器故障诊断方法

为实现开关磁阻电机功率变换器故障诊断,本文提出了一种改进变分模态分解结合奇异值分析的方法,基于经验模态分解自适应特性和中心频率确定变分模态分解的分解数,并对故障相电流进行处理,根据互信息分析选择最佳模态分量构造初始特征矩阵,进行奇异值分解后计算归一化奇异值作为特征向量,输入支持向量机分类器进行故障识别。为验证诊断方法的可行性,建立了仿真模型与其他诊断方法进行了对比;搭建了开关磁阻电机实验台,测试了开路、短路故障状态,仿真和实验结果均表明本文所提方法可减小噪声影响,提高故障识别准确率。     

四相开关磁阻电机新型T型功率变换器研究

为了扩大四相开关磁阻电机(SRM)驱动系统的输出功率范围,提出了一种新型不对称T型功率变换器。该功率变换器由改进的T型功率变换器和辅助电路构成:T型变换器为多电平电路,可使得电机绕组在多种模式下工作,控制灵活;辅助电路能够使直流侧分压电容在实现直流侧电压钳位的同时用作电机相电流上升及下降期间的电压抬升。对电机不同运行模式进行了详细分析,并对比了所提T型功率变换器与二极管中性点钳位(NPC)功率变换器的效率及成本。对SRM系统进行了仿真研究,结果表明所提新型T型功率变换器可提升SRM系统的转速及功率输出能力,提高系统整体效率,适用于电机高速运行场合。