九相磁通切換永磁電機(jī)系統(tǒng)及容錯控制研究.pdf

1、隨著電機(jī)控制理論、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域已經(jīng)突破了標(biāo)準(zhǔn)三相供電系統(tǒng)的束縛，多相電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)憑借其與三相電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)相比所具有的低壓大功率和系統(tǒng)可靠性高等優(yōu)勢，在船舶推進(jìn)、航空航天和電動汽車等大功率電氣驅(qū)動裝置中獲得日益廣泛的應(yīng)用。本文以一臺九相磁通切換永磁(Flux-switching permanent magnet，F(xiàn)SPM)電機(jī)為研究對象，主要針對九相FSPM電機(jī)的基本理論、PWM矢量控制、多相多電平技術(shù)、模

2、型預(yù)測控制、諧波注入式容錯控制、主動缺相控制等技術(shù)進(jìn)行了研究，得出的結(jié)論和總結(jié)出的方法對多相電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用具有理論指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價值。
　　論文主要研究成果包括以下幾個方面:
　　1.分析了九相FSPM電機(jī)的基本工作原理、靜態(tài)特性、繞組磁動勢的諧波機(jī)理和分布，并在九相FSPM電機(jī)相變量數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，通過矢量空間解耦方法，建立了九相FSPM電機(jī)全解耦的數(shù)學(xué)模型;
　　2.研究了電流滯環(huán)PWM矢量控制、空間矢量PWM

3、矢量控制和占空比直接求解PWM矢量控制策略在九相FSPM電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并詳細(xì)分析了幾種控制算法的優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上，提出了適用于九相FSPM電機(jī)性能的控制策略;并通過仿真結(jié)果的對比研究，驗證了諧波閉環(huán)矢量控制在負(fù)載不平衡及逆變器非線性條件下的優(yōu)越性;針對大容量調(diào)速系統(tǒng)，提出了中點鉗位型(Neutral point clamped，NPC)三電平九相逆變器供電技術(shù)，分析了調(diào)速系統(tǒng)采用兩種載波PWM方式下產(chǎn)生的電壓和電流波形;

4、>　　3.針對九相FSPM電機(jī)矢量控制系統(tǒng)采用電流八內(nèi)環(huán)的方法動態(tài)性能稍顯不足，同時PI參數(shù)整定困難的問題，提出了九相FSPM電機(jī)有限控制集模型預(yù)測電流控制（Finite-control-set modelpredictive current control，F(xiàn)CS-MPCC）方案。通過建立九相FSPM電機(jī)狀態(tài)空間模型的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)型，提出了最優(yōu)開關(guān)矢量作用方案以提高控制器處理速度，同時對因電機(jī)參數(shù)擾動引起的運行性能影響進(jìn)行了分析。針對上述

5、FCS-MPCC方法進(jìn)行了仿真與實驗驗證，結(jié)果表明該控制方法具有響應(yīng)速度快及魯棒性好的優(yōu)點;
　　4.分別針對矢量控制九相FSPM電機(jī)驅(qū)動一中性點和三中性點系統(tǒng)中單相斷路故障工況進(jìn)行研究。一中性點系統(tǒng)單相故障時，根據(jù)轉(zhuǎn)矩電流分量不變及定子銅耗方程，提出了3種諧波電流注入模式下無擾運行的容錯控制策略，即在容錯運行時分別注入3次，3、5次以及3、5、7次諧波電流，進(jìn)而獲得銅耗最小優(yōu)化目標(biāo)的容錯電流通用在線生成方法;三中性點系統(tǒng)單相故障

6、時，提出了雙Y繞組控制及三Y繞組相電流重構(gòu)控制方案，分別在轉(zhuǎn)矩波動和銅耗方面進(jìn)行了綜合比較;在諧波注入式容錯控制基礎(chǔ)上，重點分析九相FSPM電機(jī)五相繞組同時斷路工況下的相電流重構(gòu)及電機(jī)輸出特性，即使在諧波電流注入時，容錯相電流依然能保持很高的正弦性，并具體量化了電機(jī)系統(tǒng)在容錯運行時的負(fù)載降額率;
　　5.從系統(tǒng)運行效率的角度，研究電機(jī)在不同主動缺相運行方案中，對應(yīng)九相FSPM電機(jī)系統(tǒng)的功耗，并在此基礎(chǔ)上，提出采用主動缺相控制的方法