[發明專利]一種五相永磁同步電機定子繞組不對稱故障的控制方法

有效

• 申請號: 201810441997.2
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108599672B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 杭俊;湯春艷;夏孟杰;嚴冬冬;丁石川;李國麗;王群京
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H02P29/024
• 分類號: H02P29/024;H02P29/028;H02P29/64
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明公開了一種五相永磁同步電機定子繞組不對稱故障的控制方法，用于解決五相永磁同步電機因定子繞組不對稱故障所帶來的損耗增加，避免因溫度過高而破壞永磁同步電機。其技術方案是：在已知定子繞組不對稱故障發生的故障相以及故障程度情況下，根據永磁同步電機故障前后定子繞組磁動勢不變原則以及定子繞組銅損耗最小為優化約束條件，計算出在定子繞組不對稱故障情況下五相定子電流的幅值以及相位，從而最終實現永磁同步電機定子繞組不對稱故障的容錯控制，降低銅損耗，實現了永磁同步電機的帶故障運行。

技術領域

本發明涉及一種五相永磁同步電機定子繞組不對稱故障的控制方法，適用于動車、地鐵、航空航天特別是運用大功率電機的系統應用場合。

背景技術

近年來，由于多相永磁同步電機具有高轉矩密度、高效率、高可靠性、電勢正弦度高、定位力矩小容錯能力強和輸出功率平穩性等優勢，已在在動車、高鐵、航空航天等大功率等高新能應用場合得到了廣泛運用，尤其是五相永磁同步電機。永磁同步電機工作時，具有復雜的機電能量轉換過程，在長期運行中，受負載工況和運行環境的影響，某些部件會逐漸失效或損壞。其中，定子繞組不對稱故障是很常見故障之一。在定子繞組不對稱故障發生的情況下，銅損耗會將會定子繞組以及電機內部溫度升高，這對電機的安全性以及電機的壽命都帶來極大的威脅，特別針對大功率電機。因此，在不影響電機系統工作情況下，需要采取一定的措施來降低銅損耗，從而降低定子繞組溫度。就目前而言，大部分的容錯控制都針對于變換器或定子繞組開路故障，常用的有三相轉兩相容錯方法，三相四橋臂容錯方法等，而針對定子繞組不對稱故障，目前都是關于定子繞組不對稱故障的診斷，還未見到有文獻報道定子繞組不對稱故障的控制。

發明內容

本發明的目的是針對定子繞組不對稱故障，提出了一種五相永磁同步電機定子繞組不對稱故障的控制方法，在電機發生定子繞組不對稱故障時，通過采用容錯控制方法，使電機的銅損耗減小，避免電機因熱度過高而損壞，提高了電機系統的帶故障運行能力。

本發明采用的技術方案為：一種五相永磁同步電機定子繞組不對稱故障的控制方法，在控制系統中增加故障檢測環節，當未檢驗到不對稱故障時，控制系統按照正常運轉模式，即采用五相72度正弦電流控制五相永磁同步電機；當系統檢測到單相不對稱故障時，電機系統啟動容錯控制模式，具體步驟如下：

(1)根據永磁同步電機故障前后定子繞組磁動勢不變原則列出相應等式；

(2)以銅損耗最小為優化約束條件，運用拉格朗日中函數，計算出在定子繞組不對稱故障情況下五相定子電流的幅值以及相位；

(3)根據解出的五相電流幅值及相位實現永磁同步電機在故障后的容錯控制。

作為優選，所述步驟(1)具體為：

在五相永磁同步電機正常時，不考慮諧波的情況下，電流表示為

式中：i_a，i_b，i_c，i_d和i_e為五相定子電流，I為電流幅值。

在五相永磁同步電機正常時，繞組磁動勢為

在五相永磁同步電機發生定子繞組不對稱故障后，繞組磁動勢為

式中：i_a、，i_b、，i_c、，i_d、和i_e、為故障后五相定子電流。

根據永磁同步電機故障前后定子繞組磁動勢不發生變化，令式(2)等于式(3)得：

在五相永磁同步電機故障情況下，仍然滿足：