永磁直流电机单相故障容错控制技术研究

摘要

永磁直流电机在工农业生产、军事设备及航空航天等领域应用与日俱增，确保这些电机安全和稳定运行变得越来越重要。当电机或控制发生故障时，如果能够通过一定的方法保证电机仍然运转，对于某些特殊行业具有重要的价值，可以大大减少经济和社会损失。
　　本文针对控制器单相桥臂故障和单相匝间短路故障，进行了以下研究工作:分析了正常情况下和容错情况下的电机控制主电路，基于SVPWM理论，对容错情况下开关器件的控制策略、开关时刻点的计算进行了研究，给出容错电路开关时刻点的计算方法。研究了控制器单相桥臂故障和单相匝间短路故障的特征，实现了两种故障的检测和判断方法，为快速、准确切除故障部分并投入使用容错电路提供了依据。
　　利用ANSOFT分别对正常情况、单相桥臂故障和单相匝间短路故障电路进行了仿真。通过比较得知在发生故障时，电机转矩脉动将加剧，转矩减小，不能保证电机的正常工作。之后针对单相桥臂故障，利用ANSOFT对四桥臂三相容错电路和四开关三相容错电路进行了仿真。针对单相匝间短路故障，对四桥臂两相容错电路和四开关两相容错电路进行了仿真。通过仿真研究，保证了电机在特定情况下持续工作。
　　仿真表明，通过对故障电机系统进行容错控制，电机转矩脉动与故障时相比明显减小;在四桥臂三相与四开关三相容错控制策略下的电机转矩近似恢复到正常值;四桥臂两相和四开关两相容错控制策略下的电机转矩仅恢复到正常转矩的1/√3。综合各种因素考虑，得出在单相桥臂故障和单相匝间短路故障情况下，其对应最佳控制策略为四开关三相容错和四开关两相容错。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究目的及意义

1．2 逆变器容错控制研究现状

1．2．1 开关冗余容错策略研究现状

1．2．2 桥臂冗余容错策略研究现状

1．3 本论文工作概述

第2章 永磁直流电机控制器容错控制算法及控制方案

2．1 永磁直流电动机的基本结构

2．2 控制器基本原理(SVPWM)

2．2．1 SVPWM原理介绍

2．2．2 SVPWM算法推导

2．2．3 永磁直流电动机的工作原理

2．3 控制器单相桥臂故障容错控制技术

2．3．1 四桥臂三相容错拓扑

2．3．2 四开关三相容错拓扑

2．4 电机单相匝问短路故障容错控制技术

2．4．1 四桥臂两相容错拓扑

2．4．2 四开关两相容错拓扑

2．5 本章小结

第3章 电机系统故障诊断和隔离

3．1 永磁直流电机单相故障诊断分析

3．2 单相桥臂开关故障

3．2．1 功率管短路故障

3．2．2 功率管断路故障

3．3 单相匝间短路故障

3．4 故障后桥臂隔离技术

3．5 本章小结

第4章 逆变器故障容错仿真

4．1 永磁直流电机及驱动器仿真

4．1．1 永磁直流电机的有限元模型的建立

4．1．2 永磁直流电动机的逆变器驱动电路模型

4．2 单相桥臂故障容错仿真

4．2．1 四桥臂三相逆变器仿真结果对比

4．2．2 四开关三相逆变器仿真结果对比

4．3 本章小结

第5章 电机匝间短路故障容错仿真

5．1 四桥臂两相逆变器仿真结果对比

5．2 四开关两相逆变器仿真结果对比

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢