PMSM矢量控制系统电压源型逆变器的故障诊断研究

摘要

PMSM(永磁同步电机)因构造简单、体积小、转矩惯量比大、功率密度高、效率高、低损耗等诸多优点而被变频调速领域广泛应用。
　　逆变器是PMSM驱动系统组成中的重要部件之一，对 PMSM驱动系统的正常运行起着重要作用，而统计表明：逆变器功率管开路、短路故障占整个变频调速系统的82.5％。逆变器一旦发生故障，将造成系统停机或者巨大的经济损失，甚至危及到人生安全，因此对其进行故障诊断具有重要意义。
　　逆变器故障主要有短路故障和开路故障两种，短路故障因发生时间极短，难以被诊断，一般在硬件上采取措施将其转化为开路故障，所以逆变器故障诊断主要是诊断逆变器开路故障。
　　本文针对逆变器任意单管与双管IGBT开路故障的诊断做了相应的研究，主要内容为：
　　(1)利用矢量控制方法，设计PMSM矢量控制系统。结合MLD(Mixed Logic Dynamic,混合逻辑动态)思想，设计基于MLD的PMSM矢量控制系统。基于MLD的PMSM矢量控制系统可以达到和 PMSM矢量控制系统一样的效果并进行了仿真实验验证。将逆变器故障状态下基于MLD的PMSM矢量控制系统进行理论分析并通过仿真实验验证了与理论分析的一致性，为后续故障诊断奠定基础。
　　(2)基于MLD思想，设计正常逆变器驱动PMSM系统的健康状态观测器，并将健康状态观测器与逆变器驱动 PMSM实际系统对比分析可知，健康状态观测器可以重构正常逆变器驱动 PMSM的三相电流，通过仿真实验验证了所设计健康状态观测器的正确性。
　　(3)分析推导逆变器任意单管和双管开路故障(21种)情况下的三相电流残差特征表达式、判断故障特征所在区间并通过仿真实验得到三相电流残差阈值，结合电流残差阈值与故障特征表达式在基于MLD的PMSM矢量控制系统中诊断逆变器开路故障，该方法可以准确定位逆变器任意单管及双管 IGBT开路故障,在电机转速突变与突加负载时不会造成误诊断且诊断时间不会超过一个基波周期，通过仿真实验验证了所设计逆变器故障诊断方法的正确性与可行性。

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1 绪论

1.1 论文的选题背景和研究意义

1.2 逆变器故障诊断方法概述及国内外研究现状

1.3 主要研究工作内容

1.4 小结

2 PMSM结构工作原理坐标变换及数学模型

2.1 PMSM的结构特点及工作原理

2.2 PMSM数学模型及其坐标变换

2.3 小结

3 基于MLD的PMSM矢量控制系统设计及仿真分析

3.1 PMSM矢量控制原理及其系统设计

3.2 基于MLD的PMSM矢量控制系统设计

3.3 仿真分析

3.4 小结

4 基于电流残差的PMSM驱动系统逆变器开路故障诊断及仿真分析

4.1 逆变器正常工作模式分析

4.2 逆变器开路故障特征分析及诊断原理

4.3 仿真分析

4.4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果