六相永磁容错电机开路故障补救策略研究

摘要

电力推进是以电动机作为核心部件的机械系统的总称。随着电机被越来越多的运用在汽车、船舶、航空等领域,人们对电机可靠性的要求也变得越来越高。因为在这些领域中,电机发生故障可能就会导致财产的损失和人的伤亡。因此,永磁容错电机的地位正在逐步的提高。
　　 本文通过介绍六相永磁同步电机的概念和该电机的等效电路,引出了六相永磁容错电机的概念。在对六相永磁容错电机的特性进行分析的基础上,建立了该电机的数学模型。由于通过控制电机定子电流的大小,可以得到期望的输出转矩,本文采用电流滞环跟踪PWM技术控制电机定子绕组的电流。根据对六相永磁容错电机的潜在故障进行分析,并且对该电机可能出现的电气故障进行了分类。由于电机开路故障会导致电机输出电磁转矩的降低,本文提出了两个六相永磁容错电机开路故障的补救策略。故障补救策略一是平均提高各相的电流来补偿开路故障带来的转矩损失,而故障补救策略二是在定子绕组上施加非正弦电流,使电机输出零转矩脉动的输出转矩的同时,保证电机铜耗最小。
　　 根据建立的六相永磁容错电机的数学模型和提出的故障补救策略,本文在MATLAB环境下建立了六相永磁容错电机的仿真模型。仿真结果表明,建立的MATLAB仿真模型能够正确分析六相永磁容错电机的运行状况,提出的故障补救策略能够使电机在有一相开路故障、二相开路故障的情况下,仍然能够输出无故障条件下的电磁转矩,从而来验证理论的正确性。
　　 本文还对六相永磁容错电机的硬件控制系统进行了探讨。该控制系统以TMS320F2812 DSP芯片为控制核心,包括H桥逆变电路、转子位置检测电路和电流检测电路等。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题来源及意义

1.2 永磁容错电机的研究现状

1.3 本文主要研究的内容

1.3.1 本文的目的

1.3.2 本课题的贡献

1.3.3 文章的结构安排

第2章 六相永磁容错电机的基本理论

2.1 六相永磁同步电机的概述

2.2 六相永磁容错电机

2.2.1 六相永磁容错电机的特点

2.2.2 六相永磁容错电机的设计

2.2.3 逆变电路的容错设计

2.3 六相永磁容错电机的数学模型

2.4 六相永磁容错电机的控制

2.5 本章小结

第3章 六相永磁容错电机开路故障补救策略

3.1 潜在故障的分类及其分析

3.1.1 潜在的故障

3.1.2 潜在的故障分类

3.1.3 故障的分析

3.2 参考电流的数学模型

3.3 补救策略的研究

3.3.1 补救策略的概念

3.3.2 故障补救策略一

3.3.3 故障补救策略二

3.4 电流控制策略

3.4.1 电流滞环控制

3.4.2 PWM电流控制

3.5 本章小结

第4章 六相永磁容错电机开路故障补救策略仿真

4.1 MATLAB/SIMULINK简介

4.2 六相永磁容错电机MATLAB模型的建立

4.2.1 参考电流的模型

4.2.2 反电动势的模型

4.2.3 电机的动态方程模型

4.2.4 第一相的模型

4.2.5 六相永磁容错电机一相故障与两相故障的补救策略模型

4.2.6 六相永磁容错电机的模型

4.3 六相永磁容错电机的仿真结果分析

4.3.1 六相永磁容错电机正常运行

4.3.2 六相永磁容错电机存在开路故障运行

4.3.3 采用补救策略后电机的运行结果

4.4 本章小结

第5章 六相永磁容错电机硬件电路设计

5.1 逆变电路

5.2 控制器介绍

5.2.1 DSP概述

5.2.2 TMS320F28x芯片的介绍

5.2.3 事件管理器模块

5.2.4 控制系统设置

5.3 信号检测电路设计

5.3.1 转子位置检测

5.3.2 电流检测

5.4 驱动芯片选择

5.5 本章小结

总结和展望

参考文献

附录1 MATLAB仿真数据

附录2 六 相永磁容错电机正常运行时的MATLAB模型

致谢

研究生履历