多相电机非正弦供电下的定子缺相容错控制

多相电机通常采用集中绕组和非正弦供电方式,以改善磁场分布并提高电机的转矩密度。针对多相电机的上述特点,提出定子缺相时非正弦供电的容错运行策略。以9相异步电机为例,基于故障前后定子磁动势保持不变的原则,构建了剩余各相的电流方程组。分析了忽略7次谐波磁场、仅保持故障前后1、3、5次定子磁动势不变等容错策略,并通过引入定子铜耗最小的附加条件来求解正常相的电流。电流环采用比例谐振控制算法,实现了相坐标系下的无静差控制。通过实验对上述算法进行了验证,结果表明多相电机在非正弦供电情况下能获得较高的转矩密度和较平稳的运行性能。     

最大转矩范围内九相永磁同步电机缺相容错运行铜耗优化策略

输出转矩最大（MT）与定子铜耗最小（ML）是多相电机缺相容错运行时常见的两种优化目标,而现有容错控制方案多在两者之间选择,难以同时兼顾。该文针对九相永磁同步电机缺一相、两相故障,提出一种最大转矩范围内可同时兼顾两种目标的优化控制策略。该策略首先以MT为目标,计算出故障电机的最大输出转矩;然后在最大转矩范围内以ML为目标对不同负载工况下的定子铜耗进行优化,实现了故障电机最大转矩范围内的最优铜耗控制;最后,通过一台9kW九相永磁同步电机不同缺相容错控制实验,验证所提策略的有效性。     

基于基波电流调控法的六相永磁同步电动机转矩波动抑制方法研究

六相永磁同步电动机一相开路故障时,绕组中的三次反电势将与基波电流相互作用产生较大的转矩波动。针对六相永磁同步电机一相开路故障,以绕组铜耗最小为优化目标,故障前后转矩恒定分量不变和三次谐波电势产生的转矩波动最小为约束条件,建立拉格朗日方程,得到容错运行时相电流的最优解析解。采用数值方法对故障前后电机额定工作状态进行了仿真分析,验证了解析解的正确性。提出的转矩波动抑制方法可以通过调整基波电流的幅值和相位实现对三次谐波反电势所引起转矩波动的抑制,无需对非故障相绕组注入谐波电流,提高了多相电机的容错运行工程实用性。     

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。     

采用无差拍电流跟踪的五相梯形反电动势永磁电机开路容错控制

在开路故障下,为了利用五相梯形反电动势永磁电机的3次谐波反电动势,需注入3次谐波电流.此时,静止坐标系下的容错参考电流为交流量,传统比例积分控制器由于带宽的限制,难以准确跟踪交流容错电流,维持系统的平稳运行.为此,该文提出采用无差拍电流跟踪的新型容错控制策略.首先,根据故障后转矩脉动为零的原则获取故障后的容错参考电流,...     

五相永磁同步电机磁链改进型容错直接转矩控制

针对五相永磁同步电机驱动系统中开路故障导致转矩脉动大且动态性能差的问题,提出一种磁链改进型容错直接转矩控制策略。该策略基于故障前后磁动势不变原则,推导故障状态下的推广克拉克(Clarke)变换矩阵,建立五相永磁同步电机故障时的数学模型。在此基础上,设计一个系数修正定子磁链,使其与正常运行时一致。根据铜损最小原则,优化定子容错电流,同时采用基于零序电压谐波注入式脉宽调制技术,实现了电机转矩和定子磁链的准确控制。实验结果表明,该容错DTC策略能提高电机开路故障情况下转矩的稳态和动态性能,实现五相永磁同步电机的无扰运行。     

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。     

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。     

外转子磁通切换永磁电机容错运行转矩脉动抑制研究

为了抑制外转子12/22极磁通切换永磁(FSPM)电机单相开路运行的转矩脉动,提出了一种新颖的FSPM电机控制策略。通过重新分配两相电流的幅值和相位,维持磁动势不变。考虑到FSPM电机较大的定位力矩会引起转矩脉动、振动和噪声问题,在电机容错运行时注入谐波电流补偿定位力矩,进而抑制转矩脉动。仿真验证了该策略的有效性。     

五相永磁同步电动机单相开路故障的容错控制策略

为使五相永磁同步电动机（five-phase permanent magnetic synchronous motor,FPMSM）在发生单相开路故障时仍能继续提供平滑转矩,提出一种基于解析法的容错电流优化控制策略。利用缺相状态下的扩展派克变换矩阵,分别推导了基波和3次谐波同步旋转坐标系下的转矩和铜损方程。针对磁场为正弦和含3次谐波两种情况,分别提出了仅施加基波电流和注入3次谐波电流消除转矩脉动的解析方法,并从最大转矩电流比和最大转矩的角度分别提出了铜损最小和铜损相等原则的容错电流优化方法。最后,得到了适用于各种磁场类型及优化目标的容错电流通用在线生成方法。仿真和实验结果表明所提容错算法可实现对电机转矩和转速的无扰控制。     

多相无轴承永磁薄片电机故障运行特性分析

为解决多相无轴承永磁薄片电机因某相发生故障无法正常工作的问题,提出了更具通用性的故障容错控制方法.该方法以相应的断路容错控制方法为基础.考虑到故障相对悬浮力与转矩的影响,重构了其它非故障相定子电流.满足了电机在故障状态下稳定运行所需的悬浮力与转矩,实现了该电机短路和断路故障状态的容错控制.同时,介绍了一种基于相电流反馈量的故障检测方法.最后以该电机同时发生断路、短路故障以及两相短路故障为例,通过仿真和实验验证了所提的容错控制策略的正确性.     

电动汽车用五相感应电机容错控制

多相感应电机具有高效、低转矩脉动,能容错运行以及更易于实现低压大功率等优势,特别适合应用于电动汽车。针对驱动系统常出现的缺相故障,基于故障前后定子磁动势保持不变的原则研究了容错控制策略,并探讨了3次谐波注入后,1、3次谐波之间的磁场耦合及其对电机转矩等性能的影响。为解决滞环控制产生的转矩脉动和效率下降等问题,电流环采用了比例谐振控制方式,利用其谐振点附近的高增益,实现了相坐标系下的无静差控制。构建了一套低直流母线电压供电的五相感应电机控制系统,通过一相和两相绕组断开故障等实验,研究对比了不同控制策略下电机的性能,及各控制策略中谐波耦合的影响。     

基于正常解耦变换的双三相永磁同步电机缺相容错控制策略

常用的多相电机缺相容错控制策略需要建立缺相后的降维数学模型,双三相电机缺相时具有两种不同中性点连接方式,每种情况对应不同的解耦变换阵,需要分别进行建模。根据双三相电机开路故障时,如果保持系统解耦变换阵不变,则电压方程、磁链方程和转矩方程不会受到影响的特点,构建了一种基于正常解耦变换阵的缺相容错控制策略,该策略适用于不同中性点连接方式,只需要改变谐波子空间参考电流即可。分别对定子铜耗最小和最大转矩输出两种优化电流工作方式进行分析,并分析了3次谐波磁动势对电磁转矩的影响。对一相开路和正交两相开路情况分别进行理论分析和实验验证,证明了所提控制策略的有效性和可行性。     

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。     

基于铜耗最小的五相永磁同步电机单相断路故障解耦容错控制

为提高五相永磁同步电机故障状态下的转矩性能,提出了一种基于铜耗最小的解耦容错控制方法。在磁动势不变原理与铜耗最小原则的基础上,求解出故障后电机的容错电流,然后根据所求得的补偿电流,推导出电机缺相后的降维变换矩阵,从而建立故障后五相永磁同步电机的数学模型,实现故障后电机的解耦控制。采用联合仿真的方法来验证所提出的容错控制算法。仿真结果表明,缺相后电机的转矩脉动得到了有效的降低,实现了电机的无扰容错运行。     

开关磁阻电机单极性正弦励磁研究

为提高开关磁阻电机运行性能,降低转矩脉动,分析了在单极性正弦电流激励下的电机状态.在单极性正弦激励条件下,电机转矩方程分为两部分:前者为平均转矩分量,后者是转矩脉动量.为减小转矩脉动,提出一种在直流偏置电流中注入3次谐波电流的方法.通过分析电机铜耗,得到选择合适的电流比能够使得单位转矩下铜耗最小的结论,并给出了具体比值...     

单绕组无轴承永磁薄片电机短路容错运行

针对无轴承永磁薄片电机因相绕组出现短路故障,导致电机无法正常工作的问题,以六相单绕组无轴承永磁薄片电机为例,具体分析了相绕组出现短路故障时的短路电流,并提出基于定子电流重构原则的短路故障容错控制方法。该方法通过对非故障相定子电流加入悬浮力与转矩补偿,满足了电机稳定运行所需的悬浮力与转矩,并给出了各相绕组出现短路故障时的非故障相定子电流数学模型。在此基础上,通过对理论短路电流与仿真短路电流的对比分析以及短路故障状态下的悬浮力、转矩脉动的分析,验证了理论分析以及定子电流数学模型的正确性。最后,以齿1相绕组端部短路为例,通过实验验证了所提容错控制策略的正确性。     

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。     

基于NPC三电平九相磁通切换永磁电机的控制

多电平逆变技术是大容量变频调速的首选方案,结合多相电机技术可以进一步提升调速系统的容量。本文对中点钳位(neutral point clamped,NPC)型三电平逆变器供电的10 k W、九相磁通切换永磁(flux-switching permanent magnet,FSPM)电机调速系统进行了仿真和实验研究,探索结合多电平逆变技术和多相电机技术的调速方案。在三相FSPM电机矢量控制的基础上扩展建立了九相FSPM电机的定子磁场定向矢量控制方法,分析了调速系统采用两种载波PWM方式下产生的电压和电流波形。另外,3、5、7次谐波电流的解耦闭环控制成功消除了直流侧中点电位偏移。最后仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性。