一种三相交流电机缺相故障后的容错控制方法技术

本发明专利技术公开一种三相交流电机缺相故障后的容错控制方法，在电路拓扑结构中增加一路连接电机绕组中线的半桥可控功率开关器件，在三相交流电机出现缺相故障时投入使用，跟现有容错控制电路需要在每一相绕组都增加备用的半桥电路相比，实现容错控制的成本较低，容易实现。本发明专利技术给出了在两相绕组控制下开关电压矢量扇区形成的方法，所形成的开关电压矢量能形成6个扇区，6个扇区形成圆形旋转电磁场，本发明专利技术还给出了符合新形成的开关电压矢量的空间向量PWM的调制方法，能够有效实现三相交流电机的容错控制。

【技术实现步骤摘要】
一种三相交流电机缺相故障后的容错控制方法
本专利技术涉及一种三相交流电机缺相故障后的容错控制方法，在三相交流电机发生单相故障(短路或者开路)后，从控制回路中断开故障相并进行容错控制，使电机能够继续运行，属于三相交流电机控制

技术介绍
三相交流电机可靠性高、功率大，易于维护，尤其是永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、功率密度高等优点。目前被广泛用于空调制冷、工业控制、机器人控制及新能源汽车等领域。在三相交流电机控制过程中，控制器的逆变电路及电机定子绕组容易发生单相短路或开路故障，造成电机无法继续运行，影响整个系统的正常工作，甚至带来更严重的后果。目前，针对三相电机缺相故障的控制基本以硬件容错为主，并且主要针对逆变器故障。当逆变器某一相中的功率开关器件(IGBT或MOSFET)发生故障后，通过硬件电路切除故障相并接入容错电路，仍然形成三相控制电路，为了实现容错运行，需要在每一相绕组都增加备用的半桥电路，一方面大幅增加逆变器的硬件成本和体积，另一方面不能对电机定子绕组故障实现有效的容错控制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种三相交流电机缺相故障后的容错控制方法，在三相交流电机发生缺相故障后，从控制回路中断开故障相并进行容错控制，使电机能够继续运行，该方法只需要较低的硬件成本并且适用于逆变器故障和定子绕组故障。为了解决所述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种三相交流电机缺相故障后的通错控制方法，包括以下步骤：S01)、构造三相四桥容错控制电路，该三相四桥容错控制电路包括主驱动电路和备用驱动电路，主驱动电路是由6个可控功率开关器件按照Y型接法构成的三相桥式驱动电路，每相均通过可控开关连接至电机定子绕组，备用驱动电路是由2个可控功率开关器件组成的半桥驱动电路，半桥驱动电路通过可控开关连接至电机定子绕组的中线；S02)、电机正常运行时，三相桥式驱动电路作为驱动电路，备用驱动电路不工作，三相桥式驱动电路驱动三相交流电机工作；S03)、当检测到三相交流电机发生缺相故障时，首先隔离故障相，根据故障信号判断是哪一路发生故障，并断开故障相的可控开关；然后引入备用驱动电路，令备用驱动电路的可控开关导通，把备用驱动电路的可控功率器件连接至电机定子绕组的中线，形成新的容错控制电路；S04)、根据故障相发生的位置选择定子参考坐标系，新的定子参考坐标系的横坐标被定义为X轴，滞后120°角的绕组定义为Y轴；S05)、将新容错控制电路划分成三个半桥，每个半桥由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂和下桥臂分别代表一个可控功率开关器件，根据每个半桥的可控功率开关器件的逻辑状态确定电压空间矢量的扇区，3个半桥共有8种开关状态，将这8种开关状态的基本电压空间矢量映射到复平面中，得到新容错控制电路两相绕组控制下的电压空间矢量图，新容错控制电路仍然能够形成依次相隔60°电角度的6个扇区以及两个零矢量，6个扇区以及两个零矢量形成圆形旋转电磁场；S07)、扇区判断及调制空间向量，根据需要调节的三相交流电机的位置进行扇区判断和空间向量调制，根据生成的空间向量控制新容错控制电路的半桥导通或者关断特定时间，使三相交流电机到达需要调节的位置，其中空间向量调制采用平均值等效原理，在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使基本电压矢量的平均值与给定电压矢量相等。本专利技术所述三相交流电机缺相故障后的空间向量调制方法，步骤S05中，若故障相为A相，以定子绕组原B轴的正方向为X轴，原C轴滞后B轴120°，以原C轴的正方向为Y轴；若故障相为B相，以定子绕组原C轴的正方向为X轴，原A轴滞后C轴120°，以原A轴的正方向为Y轴；若故障相为C相，以定子绕组原A轴的正方向为X轴，原B轴滞后C轴120°，以原B轴的正方向为Y轴。本专利技术所述三相交流电机缺相故障后的空间向量调制方法，空间向量调制的过程为：设置输出参考电压为Uref＝|Uref|ejθ，其中θ是输出参考电压与α轴的角度，假设输出参考电压Uref所在的扇区为ξ，所在扇区的两个边缘开关矢量分别为Uξ1，Uξ2，Uξ1、Uξ2属于{U1，U2，…U6}，Uref和Uξ1之间的夹角为其中Uξ1超前Uξ2π/3电角度，即Uref与Uξ2的夹角为Uξ1、Uξ2对应的持续时间分别为Tξ1、Tξ2，根据平均值等效原理可知，其中，TS为PWM的调制周期，|Uξ1|＝|Uξ2|＝Udc，Udc表示新容错控制电路的输入电压，可以得到Tξ1，Tξ2的状态保持时间为：零电压向量所分配的时间为：T7＝T0＝(Ts-Tξ1-Tξ2)/2(3)。本专利技术所述三相交流电机缺相故障后的空间向量调制方法，进行扇区判断的过程为：控制单元接收到电机的转子位置信号并计算出α轴电压uα，β轴电压uβ，定义三个变量us1，us2，us3分别为：定义三个变量A，B，C，如果us1>0，则A＝1，否则A＝0；如果us2>0，则B＝1，否则B＝0；如果us3>0，则C＝1，否则C＝0；令N＝4C+2B+A，根据N的值判断电机转子位置信号所在的扇区，其中扇区与N的对应关系为：N＝1，处于扇区II，N＝2，处于扇区VI，N＝3，处于扇区I，N＝4，处于扇区IV，N＝5，处于扇区III，N＝6，处于扇区V。本专利技术所述三相交流电机缺相故障后的空间向量调制方法，缺相故障由短路或者开路造成。本专利技术所述三相交流电机缺相故障后的空间向量调制方法，所述可控功率开关器件为MOSFET或者IGBT，可控开关为双向晶闸管或者继电器。本专利技术的有益效果：本专利技术在电路拓扑结构中增加一路连接电机绕组中线的半桥可控功率开关器件，在三相交流电机出现缺相故障时投入使用，跟现有容错控制电路需要在每一相绕组都增加备用的半桥电路相比，实现容错控制的成本较低，容易实现。本专利技术给出了在两相绕组控制下开关电压矢量扇区形成的方法，所形成的开关电压矢量能形成6个扇区，6个扇区形成圆形旋转电磁场，本专利技术还给出了符合新形成的开关电压矢量的空间向量PWM的调制方法，能够有效实现三相交流电机的容错控制。附图说明图1为三相四桥容错控制电路的原理图；图2为发生缺相故障后新形成的容错控制电路的原理图；图3为故障前后三相交流电机在静止坐标系下的数学模型，3a为故障前的数学模型，3b为故障后的数学模型；图4为缺相故障后的电压空间矢量图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1本实施例公开一种三相交流电机缺相故障后的容错控制方法，包括以下步骤：S01)、构造三相四桥容错控制电路，如图1所示，该三相四桥容错控制电路包括主驱动电路和备用驱动电路，主驱动电路是由6个可控功率开关器件V1、V2、V3、V4、V5、V6按照Y型接法构成的三相桥式驱动电路，三相分别通过可控开关S1、S2、S3连接至电机定子绕组La、Lb、Lc，备用驱动电路是由2个可控功率开关器件V7、V8组成的半桥驱动电路，半桥驱动电路通过可控开关S4连接至电机定子绕组的中线；S02)、电机正常运行时，三相桥式驱动电路作为驱动电路，备用驱动电路不工作，三相桥式驱动电路驱动三相交流电机工作，图3a为故障前(正常工作时)三相交流电机在静止坐标系下的数学模型，A轴、B轴、C轴分别代表A相、B相、C相的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相交流电机缺相故障后的容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S01)、构造三相四桥容错控制电路，该三相四桥容错控制电路包括主驱动电路和备用驱动电路，主驱动电路是由6个可控功率开关器件按照Y型接法构成的三相桥式驱动电路，每相均通过可控开关连接至电机定子绕组，备用驱动电路是由2个可控功率开关器件组成的半桥驱动电路，半桥驱动电路通过可控开关连接至电机定子绕组的中线；S02)、电机正常运行时，三相桥式驱动电路作为驱动电路，备用驱动电路不工作，三相桥式驱动电路驱动三相交流电机工作；S03)、当检测到三相交流电机发生缺相故障时，首先隔离故障相，根据故障信号判断是哪一路发生故障，并断开故障相的可控开关；然后引入备用驱动电路，令备用驱动电路的可控开关导通，把备用驱动电路的可控功率器件连接至电机定子绕组的中线，形成新的容错控制电路；S04)、根据故障相发生的位置选择定子参考坐标系，新的定子参考坐标系的横坐标被定义为X轴，滞后120°角的绕组定义为Y轴；S05)、将新容错控制电路划分成三个半桥，每个半桥由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂和下桥臂分别代表一个可控功率开关器件，根据每个半桥的可控功率开关器件的逻辑状态确定电压空间矢量的扇区，3个半桥共有8种开关状态，将这8种开关状态的基本电压空间矢量映射到复平面中，得到新容错控制电路两相绕组控制下的电压空间矢量图，新容错控制电路仍然能够形成依次相隔60°电角度的6个扇区以及两个零矢量，6个扇区以及两个零矢量形成圆形旋转电磁场；S07)、扇区判断及调制空间向量，根据需要调节的三相交流电机的位置进行扇区判断和空间向量调制，根据生成的空间向量控制新容错控制电路的半桥导通或者关断特定时间，使三相交流电机到达需要调节的位置，其中空间向量调制采用平均值等效原理，在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使基本电压矢量的平均值与给定电压矢量相等。...

【技术特征摘要】
1.一种三相交流电机缺相故障后的容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S01)、构造三相四桥容错控制电路，该三相四桥容错控制电路包括主驱动电路和备用驱动电路，主驱动电路是由6个可控功率开关器件按照Y型接法构成的三相桥式驱动电路，每相均通过可控开关连接至电机定子绕组，备用驱动电路是由2个可控功率开关器件组成的半桥驱动电路，半桥驱动电路通过可控开关连接至电机定子绕组的中线；S02)、电机正常运行时，三相桥式驱动电路作为驱动电路，备用驱动电路不工作，三相桥式驱动电路驱动三相交流电机工作；S03)、当检测到三相交流电机发生缺相故障时，首先隔离故障相，根据故障信号判断是哪一路发生故障，并断开故障相的可控开关；然后引入备用驱动电路，令备用驱动电路的可控开关导通，把备用驱动电路的可控功率器件连接至电机定子绕组的中线，形成新的容错控制电路；S04)、根据故障相发生的位置选择定子参考坐标系，新的定子参考坐标系的横坐标被定义为X轴，滞后120°角的绕组定义为Y轴；S05)、将新容错控制电路划分成三个半桥，每个半桥由上桥臂和下桥臂组成，上桥臂和下桥臂分别代表一个可控功率开关器件，根据每个半桥的可控功率开关器件的逻辑状态确定电压空间矢量的扇区，3个半桥共有8种开关状态，将这8种开关状态的基本电压空间矢量映射到复平面中，得到新容错控制电路两相绕组控制下的电压空间矢量图，新容错控制电路仍然能够形成依次相隔60°电角度的6个扇区以及两个零矢量，6个扇区以及两个零矢量形成圆形旋转电磁场；S07)、扇区判断及调制空间向量，根据需要调节的三相交流电机的位置进行扇区判断和空间向量调制，根据生成的空间向量控制新容错控制电路的半桥导通或者关断特定时间，使三相交流电机到达需要调节的位置，其中空间向量调制采用平均值等效原理，在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使基本电压矢量的平均值与给定电压矢量相等。2.根据权利要求1所述的三相交流电机缺相故障后的容错控制方法，其特征在于：步骤S05中，若故障相为A相，以定子绕组原B轴的正方向为X轴，原C轴滞后B轴120°，以原C轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冬雪，王中华，李猛，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37