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多相感应电机因其高可靠性、灵活度,以及能够实现低压时输出大功率和抑制转矩脉动的特点,在电机领域获得的关注度和研究热度日益增加,并逐渐应用于某些特殊场合。本文主要对多相电机的数学建模和缺相运行时容错控制策略进行深入分析。
本文首先对多相感应电机的本体结构和磁动势分布进行介绍和分析,推导建立了电机在自然坐标系的数学方程,而后采用矢量解耦变换,把m维空间的复杂物理量分解到若干个互相垂直的谐波子空间,推导多相电机在各谐波子平面的方程,为之后的具体分析做好了铺垫。以六相感应电机举例,建立了六相电机的数学模型并且在Matlab/Simulink软件中搭建仿真模型进行仿真波形分析。
然后对六相电机发生断相故障后的特性展开研究。分别对六相电机缺一相和缺两相的故障情况进行分类讨论,求出了电机缺一相和不同情况缺两相的矢量解耦变换方阵,并利用Matlab/Simulink软件进行六相感应电机缺相运行的仿真分析,得知电机缺相后剩余相电流幅值会增加,同时电机的转速和电磁转矩都会产生脉动。
为了在电机缺相后有效利用剩余相维持电机继续运行,使得多相电机能够进行容错控制,本文从若干个角度对多相电机的容错控制进行分析。其中,基于定子磁动势不变的最优电流注入的控制策略能够按照电机定子总磁动势不变的原则,根据不同的优化目标计算电机缺相后有效相电流的相位和幅值。基于d轴转子磁场定向的控制方法根据缺相后谐波基下的数学模型,对旋转变换进行优化,进而使得电流的励磁分量以及转矩分量真正相互独立,从而使磁场定向控制成功地应用于断相后的多相电机。而在对基于直接转矩控制的容错控制方法的分析中,对一相缺相后电机的空间电压矢量进行了讨论,通过利用电机故障后最外层的大电压来控制磁链以及转矩。
最后,在对基于定子磁动势不变的最优电流注入的控制策略中最大转矩和最小铜耗两种优化目标的优劣势进行分析的前提下,介绍一种基于可变电流注入的容错控制方法,通过对x-y平面电流参考值的设置,将y轴电流参考值设置为可变电流,根据电机电磁转矩的实际情况进行ML模式和MT模式的切换,使六相电机缺相后铜耗最小,进而大大提高电机的效率。
本文首先对多相感应电机的本体结构和磁动势分布进行介绍和分析,推导建立了电机在自然坐标系的数学方程,而后采用矢量解耦变换,把m维空间的复杂物理量分解到若干个互相垂直的谐波子空间,推导多相电机在各谐波子平面的方程,为之后的具体分析做好了铺垫。以六相感应电机举例,建立了六相电机的数学模型并且在Matlab/Simulink软件中搭建仿真模型进行仿真波形分析。
然后对六相电机发生断相故障后的特性展开研究。分别对六相电机缺一相和缺两相的故障情况进行分类讨论,求出了电机缺一相和不同情况缺两相的矢量解耦变换方阵,并利用Matlab/Simulink软件进行六相感应电机缺相运行的仿真分析,得知电机缺相后剩余相电流幅值会增加,同时电机的转速和电磁转矩都会产生脉动。
为了在电机缺相后有效利用剩余相维持电机继续运行,使得多相电机能够进行容错控制,本文从若干个角度对多相电机的容错控制进行分析。其中,基于定子磁动势不变的最优电流注入的控制策略能够按照电机定子总磁动势不变的原则,根据不同的优化目标计算电机缺相后有效相电流的相位和幅值。基于d轴转子磁场定向的控制方法根据缺相后谐波基下的数学模型,对旋转变换进行优化,进而使得电流的励磁分量以及转矩分量真正相互独立,从而使磁场定向控制成功地应用于断相后的多相电机。而在对基于直接转矩控制的容错控制方法的分析中,对一相缺相后电机的空间电压矢量进行了讨论,通过利用电机故障后最外层的大电压来控制磁链以及转矩。
最后,在对基于定子磁动势不变的最优电流注入的控制策略中最大转矩和最小铜耗两种优化目标的优劣势进行分析的前提下,介绍一种基于可变电流注入的容错控制方法,通过对x-y平面电流参考值的设置,将y轴电流参考值设置为可变电流,根据电机电磁转矩的实际情况进行ML模式和MT模式的切换,使六相电机缺相后铜耗最小,进而大大提高电机的效率。