] 圖9為雙三相永磁同步電機(jī)F相斷相以定子電流幅值最小為控制目標(biāo)時(shí)轉(zhuǎn)速圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明,本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。
[0048] 圖1為雙三相永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。從定子繞組的分布可以看出,定子繞組由 兩套常規(guī)的三相繞組ABC和DEF組成,每套繞組都是Y型連接,相應(yīng)的內(nèi)部繞組在空間上 互差120°,而兩套三相繞組對(duì)應(yīng)相之間的夾角為30°。因此從硬件電路的設(shè)計(jì)上講,雙 三相永磁同步電機(jī)是一個(gè)六相系統(tǒng),為了使定子磁鏈和永磁體磁鏈相互作用產(chǎn)生恒定電磁 轉(zhuǎn)矩,每套Y形繞組內(nèi)的相繞組電流相位相差120°,Y形繞組之間對(duì)應(yīng)的相電流相位相差 30°。不失一般性,本發(fā)明以F相缺相為研究對(duì)象,說(shuō)明基于不對(duì)稱雙三相永磁同步電機(jī)統(tǒng) 一模型的容錯(cuò)控制方法,對(duì)于其它缺相情況后面以表格形式給出。如圖2所示,本發(fā)明中兩 套Y形繞組的中性點(diǎn)N和Ν'連接在一起且連接到母線電壓中點(diǎn)電位上,各相電流相互獨(dú)立。 雙三相電機(jī)系統(tǒng)采用電壓源逆變器供電,驅(qū)動(dòng)主電路由兩組三相系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路共直流母線 并聯(lián)而成,其中5相定子繞組中流過(guò)5個(gè)相互獨(dú)立的電流。
[0049] 參照?qǐng)D3,基于不對(duì)稱雙三相永磁同步電機(jī)統(tǒng)一模型的容錯(cuò)控制方法,所述不對(duì)稱 雙三相永磁同步電機(jī)由兩套常規(guī)的三相繞組ABC和DEF組成,每套繞組均為Y型連接,相應(yīng) 的內(nèi)部繞組在空間上互差120°,兩套三相繞組對(duì)應(yīng)相之間的夾角為30°,兩套Y形繞組的 中性點(diǎn)相連且連接到母線電壓中點(diǎn)電位上,各相電流相互獨(dú)立;該方法包括以下步驟:
[0050] (1)在d、q子平面建立不對(duì)稱雙三相永磁同步電機(jī)統(tǒng)一模型,統(tǒng)一模型如下式所 示:
[0051]
[0052] 式中Ud、Uq、id、i q分別為d、q軸電壓、電流分量;R s、Lms分別為定子電阻、互感;Φ f 為電機(jī)永磁體磁鏈幅值;Θ 3為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào);ω為電機(jī)轉(zhuǎn)速;I I a I I、I I β I I分別為 矢量[α ]、[ β ]的范數(shù);P為微分算子d/dt ;
[0053] 其中矢量[α ]、[ β ]根據(jù)如下原則確定:
[0054] 根據(jù)斷相情況去掉[α 1]、[β 1]向量中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)并選擇耗使得[α ] [β ]τ= 〇, 得到[α]、[β]。
[0055]
[0056] 式中樹(shù)(i = A, ···,F(xiàn))表示定子電流相位角;
[0057] (2)基于步驟1建立的統(tǒng)一模型提出以定子銅耗最小或定子電流幅值最小為目標(biāo) 的控制方法,包括以下步驟:
[0058] (2. 1)當(dāng)F相缺相時(shí),利用電流傳感器采集定子側(cè)AB⑶E相繞組電流isABmE,利用單 相電壓傳感器采集直流母線電壓信號(hào)V d。;
[0059] (2. 2)利用增量型光電編碼器采集轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖信號(hào),并經(jīng)過(guò)DSP的QEP模塊處 理,計(jì)算得到電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)Gs和電機(jī)轉(zhuǎn)速ω I
[0060] (2. 3)定子電流isABeDE經(jīng)過(guò)靜止坐標(biāo)變換,得到α - β子平面定子電流i ^和i sP, zl-z2-z3子平面定子電流iszl、isz2和i sz3,如式(3)所示;
[0061]
[0062] 式中靜止坐標(biāo)變換陣[TJ如下所示:
[0063]
[0064] 式中1/3主要是和電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)幅值不變約束變換陣相對(duì)應(yīng),將缺相前后的電 磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式統(tǒng)一起來(lái);
[0065] 靜止坐標(biāo)變換陣[TJ推導(dǎo)過(guò)程如下:
[0066] 根據(jù)斷相情況去掉下列向量中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)得到[α ]、[ β ]:
[0067]
[0068] 式中_表示定子電流相位角,i = A,…,F(xiàn) ;
[0069] 為了滿足[0][0^=0,必須滿足下式:
[0070]
[0071] 其中j表示剩余相;以F相斷相為例,j = A,…E,求得φ〇=〇;
[0072]
[0073] 為了將上變換矩陣表示成正交陣,人為地增加三個(gè)不涉及能量轉(zhuǎn)換的零序分量, 由于兩套繞組的中性點(diǎn)不隔離且連接到母線電壓的中性點(diǎn)上,各相電流之間相互獨(dú)立,所 以他們對(duì)應(yīng)的正交變換矢量zl、ζ2、ζ3可以通過(guò)如下方法求得:
[0074]
[0075] 易知[zl]-[z2]-[z3]也代表[TJ的零空間基礎(chǔ)解系,因此通過(guò)Matlab的"null" 函數(shù)輕易得到。對(duì)于F相斷相的雙三相永磁同步電機(jī)有:
[0076]
[0077] 式中1/3主要是和電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)幅值不變約束變換陣相對(duì)應(yīng),將缺相前后的電 磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式統(tǒng)一起來(lái)。
[0078] 針對(duì)其它斷相情況,可按照上述方法,去掉[α?]、[β?]向量中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)得到 [α]、[β],求得相應(yīng)的ζ矢量,構(gòu)成相對(duì)應(yīng)的靜止坐標(biāo)變換[TJ。需要注意的是靜止坐標(biāo) 變換后電壓、電流矢量中的變量數(shù)與剩余相相數(shù)N相同(2 < N < 5),極端情況下電機(jī)只剩 下兩相,此時(shí)電壓、電流經(jīng)靜止坐標(biāo)變換后將不存在ζ子平面的分量,只有isa、i s{!。
[0079] (2. 4)通過(guò)旋轉(zhuǎn)變換[T2s2J,將α -β子平面定子電流isa和i s{!變換到同步坐標(biāo) 系下的d、q軸電流isd和i sq,其計(jì)算公式如式(10)所示;
[0080]
[0081] 式中,9s為電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào);
[0082] (2. 5)設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速給定值 <,電機(jī)轉(zhuǎn)速給定值fif與步驟2. 2得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速 作減法運(yùn)算,得到轉(zhuǎn)速誤差信號(hào)Δ ω y即-,將轉(zhuǎn)速誤差信號(hào)Δ CoiJt入轉(zhuǎn) 速PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié),得到參考電流信號(hào)^。
[0083] (2. 6)將d軸電流給定值G設(shè)為0,即〇二0 ;將匕與步驟2. 4得到的d軸電流 U乍減法運(yùn)算,得到d軸電流誤差信號(hào)Δ i sd,即-1;將步驟2. 5得到的q軸參考 電流信號(hào)ζ與步驟2. 4得到的q軸電流isq作減法運(yùn)算,得到q軸電流誤差信號(hào)Δ i sq,即
[0084] (2. 7)將電流誤差信號(hào)Δ isd和Δ i sq分別送入電流PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié),得到參考 電壓信號(hào) <和V。其中,電流PI控制器的設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)速PI控制器相同;
[0085] (2. 8)將參考電壓沁和V,送入二次旋轉(zhuǎn)變換Μ( Θ s),得到參考電壓信號(hào) < 和 V
[0086]
[0087] 式中I I a I I、I I β I I表示矢量α、β的范數(shù),針對(duì)F相斷相I I a I I2= 3、I I β I I 2 =2〇
[0088] 進(jìn)行二次旋轉(zhuǎn)變換Μ( Θ s)的依據(jù)如下:
[0089] 無(wú)論雙三相永磁同步電機(jī)斷相與否定子電壓和磁鏈方程可寫(xiě)成如下形式:
[0090]
[0091] 式中[uj、[is]和[Φ」為相電壓、相電流和相磁鏈?zhǔn)噶浚籟Rs]、[L sJ和[F(0r)] 為電阻、電感和磁鏈系數(shù)矩陣;Φ f為永磁體磁鏈幅值;P為微分算子d/dt ;
[0092] 將變換矩陣[TJ、[TJ 1運(yùn)用于式(12)電機(jī)定子電壓和磁鏈方程:
[0093]
[0094] 得到α - β子平面下的雙三相永磁同步電機(jī)模型:
[0095]
[0096] 式中usa、Usfi、isa、i sP、Φ α、Φ ρ、Lsa、Lsfi分別為α、β軸定子電壓、電流、磁鏈 和電感分量;Lls、L nis為定子漏感和互感;
[0097] zl-z2_z3 子平面:
[0098]
[0099] 式中 uszl、usz2、Usz3分別為 zl、z2、z3 軸定子電壓;i szl、isz2、isz3分別為 zl、z2、z3 軸定子電流;
[0100] 在a - β子平面下Lls遠(yuǎn)小于Lms與電阻Rs,為簡(jiǎn)化問(wèn)題忽略Lls的影響,將傳統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)變換[T2s2J及其逆變換[T &2s]運(yùn)用于a用于子平面下方程可得d、q子平面下電機(jī)方 程:
[0101]
[0102] 從上式可以看出:d、q軸方程之間存在著較強(qiáng)的耦合,不利于控制器設(shè)計(jì),在等式 兩邊同乘以Μ( Θ )的逆矩陣…1 ( Θ ),引入新的控制變量Um、Un,減少耦合的影響;可以得到
[0104] 從式(16)、(17)可知,無(wú)論何種斷相情況均可通過(guò)求取相應(yīng)的I I a I I、I I β I I2值 得到相應(yīng)的電機(jī)模型;同時(shí)也可以看出在出現(xiàn)一相或多相故障后,經(jīng)過(guò)兩次旋轉(zhuǎn)變換才可 以得到完全解耦的電壓方程。
[0105] 所以步驟2. 7得到的參考電壓信號(hào) <和V \還需將其轉(zhuǎn)換成參考電壓信號(hào)V;;和 <才能運(yùn)用到電機(jī)上,即:
[0106]
[0107] (2. 9)根據(jù)不同的控制目標(biāo)對(duì)Zl-z2-z3子平面的iszl、isz2、i sz3進(jìn)行調(diào)節(jié),得到 Zl-z2-z3子平面電壓給定信號(hào),其具體步驟如下:
[0108] (2. 9. 1)若以定子銅耗最小為控制目標(biāo),由于Zl-z2-z3子空間的電流不參與到機(jī) 電能量轉(zhuǎn)換,只產(chǎn)生銅耗,所以將