[实用新型]一相开路时双三相永磁同步电机的故障容错控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电气传动领域，尤其是一种一相开路时双三相永磁同步电机的故障容错控制系统。

背景技术

三相交流驱动系统一直在传统传动系统中占有绝对的优势。但是近几年来，由于一些特殊的应用场合如：航空航天，电动/混合燃料车辆、舰船推进系统等，对调速系统的可靠性和功率范围提出了更高的要求。受制于电力电子器件的电压和功率等级，在大功率场合中常采用电力电子器件的串联、并联的方式来实现多电平大功率的输出，但随之而来的是电力电子器件的均压和均流等问题，影响了调速系统的整体可靠性；与多电平结构相对应的是多相结构，通过增加电机的相数来提高电机的功率，实现低压大功率调速。

相比与传统的三电机，多相电机具有如下的优点：

1）在供电电压幅值受限制的场合，可以采用多相电机实现低压大功率传动；

2）多相电机随着相数的增加，电机的输出转矩更加平衡，脉动更小，可以大大提高传动系统的动态和稳态性能；

2）系统的可靠性更高，具有较强的容错运行能力；多相电机传动系统中，随着相数的增多，当多相电机中的某一相绕组或几相绕组发生短路或开路故障时，或者电力电子变换器中的某一相或几相发生短路或开路故障时，通过容错控制，切除故障相，多相电机仍可运行。

与感应式电机相比，永磁同步电机具有高转矩/惯量比、高功率密度、高效率等优点。永磁同步电机转子采用永磁体，无励磁电路，转子无励磁损耗和铁损，简化了转子的结构，减小了电机的转动惯量，电机的效率和功率因数较高。随着稀土永磁材料性能的不断提高，永磁同步电机控制技术的不断成熟，永磁同步电机已广泛应用于数控机床，航空航天设备等高精度控制领域。

双三相永磁同步电机将多相电机技术应用于永磁同步电机，使得双三相永磁同步电机不仅具有永磁同步电机的特点，同时继承了多相电机的优点，将两者进行了很好的融合。

对于多相电机的容错控制技术，国内外学者已经进行了一定的研究，Yifan Zhao在它的博士论文中对六相感应电机一相绕组开路时的数学模型进行了深入的分析；法国研究人员Fnaiech,M A，Betin,F对六相感应电机一相开路时采用模糊控制或者滑模变结构的控制策略进行控制，来简化由于一相绕组开路故障所造成的参数变化对系统动态响应的影响。Faa-Jeng Lin则通过TSKF模糊控制算法和FNN对双三相永磁同步电机在一相绕组开路的控制策略进行了研究；国内学者对双三相永磁同步电机的容错控制算法也进行了一定研究，提出了一些改进的控制算法。但是这些控制硬件电路较为复杂，容错的控制策略对于系统的数学模型较为复杂，并且对参数的依赖性较大。

发明内容

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种容错控制简单优化的一相开路时双三相永磁同步电机的故障容错控制系统。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种一相开路时双三相永磁同步电机的故障容错控制系统，由双三相永磁同步电机，具有故障隔离和容错功能的硬件驱动电路，以及新型的容错控制策略组成，当双三相永磁同步电机的任意一相发生故障时，系统能够及时切除故障相，并能根据故障前的电机运行状态，选择容错控制策略，实现双三相永磁同步电机的容错控制功能。该容错控制系统具有硬件结构简单，可靠性高，鲁棒性强，能够根据系统故障前的电机运行状态，选择最佳的容错控制策略，实现故障容错后系统的优越控制性能等特点。

双三相永磁同步电机的绕组依次为A、B、C和a、b、c，硬件驱动电路由六个桥臂组成，每一个桥臂的组成自上而下分别为一个快速熔断器、两个全控型功率开关器件和一个常闭继电器，其中常闭继电器的一端与功率开关器件的中点相连接，另一端与双三相永磁同步电机的对应绕组相连接。

所述双三相永磁同步电机中的两套绕组的中性点o1和o2隔离。其中作为非对称结构形式的两套绕组ABC和abc，两套绕组相差30度电角度。而作为对称结构形式的两套绕组ABC和abc，两套绕组相差60度电角度。

在一相开路时，剩余的五相绕组可以等效为非对称的双中性点隔离的五相永磁同步电机，对于该非对称的双中性点隔离的五相永磁同步电机的动态数学模型采用在旋转d-q和自然坐标混合坐标系下进行建模分析，对于正常的三相绕组采用d-q坐标系下进行建模分析，对于发生故障的那一套绕组，在自然坐标系下将剩余两相等效为单相永磁同步电机，并在此混合坐标下建立非对称五相永磁同步电机的动态数学模型。