雙三相永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)及容錯(cuò)控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著電力電子變換技術(shù)的快速發(fā)展，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)擺脫了三相供電網(wǎng)絡(luò)的限制。多相(相數(shù)>3)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在大功率高可靠性交流傳動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。多相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有低壓大功率輸出、低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、適于容錯(cuò)運(yùn)行等優(yōu)勢(shì)，特別適合應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)，風(fēng)力發(fā)電、航空航天等領(lǐng)域。論文以相移30°雙三相永磁同步電機(jī)(PMSM)為研究對(duì)象，對(duì)數(shù)學(xué)建模、諧波電流抑制方法、PWM及過(guò)調(diào)制策略、容錯(cuò)控制等方面進(jìn)行深入的理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　首先，論文對(duì)多相

2、電機(jī)繞組磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行諧波分析，揭示了雙三相電機(jī)可以減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的理論基礎(chǔ)?；谑噶靠臻g解耦(VSD)方法對(duì)雙三相PMSM進(jìn)行建模?；赩SD模型的雙三相電機(jī)矢量控制包括二維電流控制和四維電流控制兩種，其中二維電流控制控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，四維電流控制具有更好的諧波電流抑制效果。分析了VSD模型下諧波子平面變量的意義，通過(guò)對(duì)諧波子平面電流的控制可以對(duì)雙三相電機(jī)兩套三相系統(tǒng)參數(shù)不對(duì)稱(chēng)和死區(qū)效應(yīng)等非線性因素進(jìn)行補(bǔ)償。針對(duì)雙三相PMSM直接轉(zhuǎn)矩控制采用基

3、本矢量存在大量6k±1(k＝1,3,5,…)次諧波問(wèn)題，對(duì)基本矢量進(jìn)行修正，采用修正后的中間矢量很好的抑制了z1-z2子平面的諧波電流，從而降低了電機(jī)損耗。
　　其次，對(duì)雙三相電機(jī)的脈寬調(diào)制(PWM)算法進(jìn)行深入研究，六相逆變器常用的四矢量SVPWM算法具有PWM波形不對(duì)稱(chēng)，開(kāi)關(guān)損耗較大等固有缺點(diǎn)，并且難以應(yīng)用于四維電流矢量控制?；谳d波脈寬調(diào)制(CBPWM)的雙零序注入PWM策略是雙三相電機(jī)四維電流矢量控制最為簡(jiǎn)單有效的PWM策

4、略，分析了雙零序注入PWM策略和四矢量SVPWM算法的內(nèi)在聯(lián)系。提出了針對(duì)五橋臂逆變器驅(qū)動(dòng)雙三相電機(jī)系統(tǒng)的雙零序注入PWM策略，包括均值連續(xù)PWM和三種不連續(xù)PWM方式，并對(duì)其母線電壓利用率進(jìn)行了分析，該策略可以實(shí)現(xiàn)最大母線電壓利用、易于實(shí)現(xiàn)，并且可以作為正常雙三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中六橋臂逆變器一相橋臂故障后的一種容錯(cuò)控制方法。
　　再次，對(duì)雙三相電機(jī)過(guò)調(diào)制策略進(jìn)行分析，通過(guò)引入中間矢量的概念，以四矢量SVPWM算法為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)過(guò)調(diào)

5、制區(qū)z1-z2子平面需要注入的諧波電壓進(jìn)行分析，提出了兩種過(guò)調(diào)制算法，其中算法2實(shí)現(xiàn)了過(guò)調(diào)制區(qū)最小諧波注入，最大程度的減少了過(guò)調(diào)制區(qū)的諧波電流。針對(duì)六相逆變器四矢量SVPWM的固有缺點(diǎn)，將線性調(diào)制區(qū)和過(guò)調(diào)制區(qū)算法統(tǒng)一于雙零序注入PWM策略實(shí)現(xiàn)。采用最小幅值誤差過(guò)調(diào)制策略實(shí)現(xiàn)了六相逆變器最大母線電壓利用。仿真分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性和可行性。
　　最后，研究了雙三相電機(jī)缺相后的容錯(cuò)控制算法。常用的多相電機(jī)缺相容錯(cuò)控制策略需要

6、建立缺相后的降維數(shù)學(xué)模型，雙三相電機(jī)缺相時(shí)具有兩種不同中性點(diǎn)連接方式，每種情況對(duì)應(yīng)不同的解耦變換陣，需要分別進(jìn)行建模。根據(jù)雙三相電機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)，如果保持系統(tǒng)解耦變換陣不變，則電壓方程、磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程不會(huì)受到影響的特點(diǎn)。構(gòu)建了一種基于正常解耦變換的缺相容錯(cuò)控制策略，該策略適用于不同中性點(diǎn)連接方式以及不同相數(shù)開(kāi)路情況，只需要改變諧波子平面參考電流即可，并分析了三次諧波磁勢(shì)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響。對(duì)一相開(kāi)路和正交兩相開(kāi)路情況分別進(jìn)行理論分析和實(shí)