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学术简报|多相感应电机的容错控制新方法明显

日期:2020-01-17 04:31 作者:摩纳哥城赌场

  海军工程大学电气工程学院的研究人员朱鹏、乔鸣忠、于飞、魏永清,在2019年《电工技术学报》增刊1上撰文指出(论文标题为“基于磁动势平衡分析的多相感应电机容错控制”),变频器供电的多相感应电机系统中,由电力电子器件损坏造成的绕组开路是一种常见故障,而多相电机系统可以利用其冗余性高等特点,采用容错控制使多相感应电机在出现绕组开路故障时继续平稳运行。

  本文通过对五相感应电机缺相前后磁动势的对比分析,得到转矩脉动最小时剩余各相绕组中电流必须满足的条件,在此基础上,建立电机缺相后的模型方程,提出基于磁动势平衡分析的容错控制方法。对所提方法分别进行仿真和实验验证。

  实验结果表明,由于该方法充分考虑了基波和3次谐波之间相耦合带来的影响,可以大大减小缺相后的转矩脉动。

  随着舰船综合电力技术的发展,大容量感应电机已成为舰船电力推进的首选电机。由于电力推进的特殊性,对推进感应电机的结构与控制性能提出了更高要求。高功率密度、高可靠性成为衡量其优越性的重要性能指标。变频器供电多相感应电机因其在高可靠性、高功率密度等方面的优势,已成为国内外研究的热点。

  在由逆变器供电的多相感应电机系统中,定子绕组开路是一种常见的故障。系统的过电压或过电流使得电力电子开关器件损坏,会造成电机定子绕组开路,使得电机转矩脉动增大,无法正常运行。

  Y. F. Zhao等采用矢量空间解耦方法,研究了双三相感应电机缺一相时的容错控制方法。将电机自然坐标系缺相模型通过解耦变换,建立了多维电机模型,并引入不对称旋转变换,将不对称的电机模型变换成解耦的对称模型,从而可以使用对称情况下的矢量控制策略。

  有学者将双三相电机驱动系统容错控制中的方法推广到五相电机驱动系统,提出了一种较为通用的容错控制方法。分析了电机发生故障后,保持电机气隙旋转磁场恒定时剩余各相电流要满足的条件,并附加优化目标函数(如损耗最小),求出了各相电流参考值,采用电流滞环PWM控制实现电流的跟踪,从而使得电机能够继续平稳运行。

  有学者研究了五相集中整距绕组感应电机在缺一相和两相时的基波和3次谐波电流的控制策略。通过对缺相后的基波和3次谐波电流进行控制,使之仍能形成各自恒定圆形旋转磁场。但文中没有考虑缺相时基波和3次谐波之间相耦合产生的影响,也未对此作出说明。

  近年来,一些文献将现代控制理论运用于多相感应电机的容错控制,取得了一定的控制效果,为多相电机容错运行提供了更多的解决途径。另外,许多文献在基于旋转磁动势恒定前提下分析多相电机容错控制方法时,都是将基波和谐波空间分开考虑,只分析了各自形成的具有同步旋转速度的磁动势(谐波产生的同次数的磁动势),为了简化分析,许多文献都忽略了基波和谐波空间耦合的影响。

  本文以五相集中整距绕组感应电机为研究对象,从磁动势平衡角度考虑,通过对比电机缺相前后的磁动势,得到转矩脉动最小时剩余各相绕组中电流必须满足的条件,在此基础上,研究多相电机的缺相容错控制。

  1)通过分析电机缺相后磁动势,得到了转矩脉动最小时剩余各相绕组中电流必须满足的条件,这是分析多相感应电机容错控制的基础。

  2)提出了基于磁动势平衡分析的容错控制方法。并针对电机定子绕组一相开路时的情形进行了仿真和实验。实验结果表明,采用本文提出的容错控制方法,由于充分考虑了基波和3次谐波之间相耦合带来的影响,可以大大减小缺相后的转矩脉动,使电机可继续平稳运行。

  另外,本文中仅分析了电机一相绕组开路时的情形,对于多相绕组开路时的情形,需要求解电流满足条件的最优解。同时,缺相后电流控制的具体实现过程也是直接关系到容错控制效果的一个重要方面。返回搜狐,查看更多

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