[發(fā)明專利]一種一相開路時(shí)雙三相永磁同步電機(jī)的故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310480349.5
• 申請(qǐng)日: 2013-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN103501138A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海兵;壽金喬;張政毓;程俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州銳方科技有限公司
• 主分類號(hào): H02P6/00
• 分類號(hào): H02P6/00;H02P21/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 魯秦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，尤其是一種一相開路時(shí)雙三相永磁同步電機(jī)的故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

三相交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一直在傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)中占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。但是近幾年來，由于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合如：航空航天，電動(dòng)/混合燃料車輛、艦船推進(jìn)系統(tǒng)等，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和功率范圍提出了更高的要求。受制于電力電子器件的電壓和功率等級(jí)，在大功率場(chǎng)合中常采用電力電子器件的串聯(lián)、并聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)多電平大功率的輸出，但隨之而來的是電力電子器件的均壓和均流等問題，影響了調(diào)速系統(tǒng)的整體可靠性；與多電平結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的是多相結(jié)構(gòu)，通過增加電機(jī)的相數(shù)來提高電機(jī)的功率，實(shí)現(xiàn)低壓大功率調(diào)速。

相比與傳統(tǒng)的三電機(jī)，多相電機(jī)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1）在供電電壓幅值受限制的場(chǎng)合，可以采用多相電機(jī)實(shí)現(xiàn)低壓大功率傳動(dòng)；

2）多相電機(jī)隨著相數(shù)的增加，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩更加平衡，脈動(dòng)更小，可以大大提高傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能；

2）系統(tǒng)的可靠性更高，具有較強(qiáng)的容錯(cuò)運(yùn)行能力；多相電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，隨著相數(shù)的增多，當(dāng)多相電機(jī)中的某一相繞組或幾相繞組發(fā)生短路或開路故障時(shí)，或者電力電子變換器中的某一相或幾相發(fā)生短路或開路故障時(shí)，通過容錯(cuò)控制，切除故障相，多相電機(jī)仍可運(yùn)行。

與感應(yīng)式電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩/慣量比、高功率密度、高效率等優(yōu)點(diǎn)。永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永磁體，無勵(lì)磁電路，轉(zhuǎn)子無勵(lì)磁損耗和鐵損，簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，減小了電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)的效率和功率因數(shù)較高。隨著稀土永磁材料性能的不斷提高，永磁同步電機(jī)控制技術(shù)的不斷成熟，永磁同步電機(jī)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，航空航天設(shè)備等高精度控制領(lǐng)域。

雙三相永磁同步電機(jī)將多相電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于永磁同步電機(jī)，使得雙三相永磁同步電機(jī)不僅具有永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)，同時(shí)繼承了多相電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，將兩者進(jìn)行了很好的融合。

對(duì)于多相電機(jī)的容錯(cuò)控制技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了一定的研究，Yifan?Zhao在它的博士論文中對(duì)六相感應(yīng)電機(jī)一相繞組開路時(shí)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了深入的分析；法國研究人員Fnaiech,M?A，Betin,F對(duì)六相感應(yīng)電機(jī)一相開路時(shí)采用模糊控制或者滑模變結(jié)構(gòu)的控制策略進(jìn)行控制，來簡(jiǎn)化由于一相繞組開路故障所造成的參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。Faa-Jeng?Lin則通過TSKF模糊控制算法和FNN對(duì)雙三相永磁同步電機(jī)在一相繞組開路的控制策略進(jìn)行了研究；國內(nèi)學(xué)者對(duì)雙三相永磁同步電機(jī)的容錯(cuò)控制算法也進(jìn)行了一定研究，提出了一些改進(jìn)的控制算法。但是這些控制硬件電路較為復(fù)雜，容錯(cuò)的控制策略對(duì)于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜，并且對(duì)參數(shù)的依賴性較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種容錯(cuò)控制簡(jiǎn)單優(yōu)化的一相開路時(shí)雙三相永磁同步電機(jī)的故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案：這種一相開路時(shí)雙三相永磁同步電機(jī)的故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)，由雙三相永磁同步電機(jī)，具有故障隔離和容錯(cuò)功能的硬件驅(qū)動(dòng)電路，以及新型的容錯(cuò)控制策略組成，當(dāng)雙三相永磁同步電機(jī)的任意一相發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)切除故障相，并能根據(jù)故障前的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，選擇容錯(cuò)控制策略，實(shí)現(xiàn)雙三相永磁同步電機(jī)的容錯(cuò)控制功能。該容錯(cuò)控制系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，魯棒性強(qiáng)，能夠根據(jù)系統(tǒng)故障前的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，選擇最佳的容錯(cuò)控制策略，實(shí)現(xiàn)故障容錯(cuò)后系統(tǒng)的優(yōu)越控制性能等特點(diǎn)。

雙三相永磁同步電機(jī)的繞組依次為A、B、C和a、b、c，硬件驅(qū)動(dòng)電路由六個(gè)橋臂組成，每一個(gè)橋臂的組成自上而下分別為一個(gè)快速熔斷器、兩個(gè)全控型功率開關(guān)器件和一個(gè)常閉繼電器，其中常閉繼電器的一端與功率開關(guān)器件的中點(diǎn)相連接，另一端與雙三相永磁同步電機(jī)的對(duì)應(yīng)繞組相連接。

所述雙三相永磁同步電機(jī)中的兩套繞組的中性點(diǎn)o1和o2隔離。其中作為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式的兩套繞組ABC和abc，兩套繞組相差30度電角度。而作為對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式的兩套繞組ABC和abc，兩套繞組相差60度電角度。

在一相開路時(shí)，剩余的五相繞組可以等效為非對(duì)稱的雙中性點(diǎn)隔離的五相永磁同步電機(jī)，對(duì)于該非對(duì)稱的雙中性點(diǎn)隔離的五相永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型采用在旋轉(zhuǎn)d-q和自然坐標(biāo)混合坐標(biāo)系下進(jìn)行建模分析，對(duì)于正常的三相繞組采用d-q坐標(biāo)系下進(jìn)行建模分析，對(duì)于發(fā)生故障的那一套繞組，在自然坐標(biāo)系下將剩余兩相等效為單相永磁同步電機(jī)，并在此混合坐標(biāo)下建立非對(duì)稱五相永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。