开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制SVPWM生成方法技术

本发明专利技术公开了一种开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制SVPWM生成方法。由转子同步旋转坐标系的直、交轴电流控制器达到对定子基波平面αβ轴电流控制；由具有频率自适应比例谐振特性z轴电流控制器对谐波平面电流控制；零序电流控制器对零序电流抑制。四个电流控制器的输出，经过矩阵运算得到相互解耦的一组电压矢量指令，然后采用SVPWM调制的方式，选择相应的空间电压矢量并合理分配它们的作用时间，生成五相全桥逆变器控制信号，达到四相健康绕组电流幅值相等、谐波电流小且零序电流近似为0，产生圆形旋转磁动势的控制效果。解决了传统滞环容错系统中，功率器件开关频率不可控难题，提高了直流电压利用率，实现了一相绕组断路故障容错，系统可靠性提高。

SVPWM generation method of A-phase fault tolerant open circuit control for open winding five phase permanent magnet synchronous motor

【技术实现步骤摘要】
开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制SVPWM生成方法
本专利技术属于电气工程领域，涉及一种开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制SVPWM生成方法。
技术介绍
开绕组五相永磁同步电动机的电机定子绕组采用开绕组结构，提高了电机的容错能力，广泛应用于对系统要求较高的场合。目前，开绕组五相永磁同步电动机的相绕组断路容错控制大多采用滞环控制的方法，这种控制方法原理虽然简单，但是存在着功率器件开关频率不可控的缺点，影响功率器件的使用寿命。
技术实现思路
针对滞环控制中存在的问题，本专利技术提出一种开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制SVPWM生成方法，借助此方法实现基于SVPWM脉冲调制控制的五相开绕组永磁同步电动机断路容错控制方法，以解决传统滞环容错系统中，功率器件开关频率不可控难题，使得功率器件的开关频率可控，提高了直流电压的利用率，并且达到了更好的容错控制效果。，从而提高系统的可靠性。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制SVPWM生成方法，步骤如下：取开绕组五相永磁同步电机定子二相静止αβ坐标系的α轴和β轴分别与基波复平面的实轴和虚轴重合，定子二相静止αβ坐标系的α轴与发生断路故障的A相绕组轴线重合；取开绕组五相永磁同步电机定子三次谐波二相静止α3β3坐标系的α3轴和β3轴分别与三次谐波复平面的实轴和虚轴重合，且α轴与α3轴重合，且将β3轴命名为z轴；开绕组五相永磁同步电机的A相绕组发生断路故障时，开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制系统依据开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制策略给出四个电压指令：基波复平面二相静止αβ坐标系α轴电压指令和β轴电压指令三次谐波复平面z轴电压指令以及零序电压指令由基波复平面开绕组五相永磁同步电机二相静止αβ坐标系α坐标轴电压指令和β轴电压指令得到基波空间电压矢量指令U*，即其中，U*为基波空间电压矢量指令U*的模，θ为在基波复平面上基波空间电压矢量指令U*与α轴间的空间电角度，当基波空间电压矢量指令U*从α轴位置开始逆时针旋转时，基波空间电压矢量指令U*与α轴间的空间电角度θ从0开始增大；将基波复平面平分为12个扇区，每个扇区空间占据30°角度，0°～30°为第I扇区，30°～60°为第II扇区，60°～90°为第III扇区，90°～120°为第IV扇区，120°～150°为第V扇区，150°～180°为第VI扇区，180°～210°为第VII扇区，210°～240°为第VIII扇区，240°～270°为第IX扇区，270°～300°为第X扇区，300°～330°为第XI扇区，330°～360°为第XII扇区；基波空间电压矢量指令U*必然会处于12个扇区中的某一个扇区；当基波空间电压矢量指令U*处于12个扇区中的某一个扇区时，为了产生基波空间电压矢量指令U*，选择这一扇区相对应的5个空间电压矢量进行合成，在所述的这一扇区相对应的5个空间电压矢量中，包含2个必选的空间电压矢量U0-15和U15-0，以及这一扇区内3个方向不相同且幅值最大的空间电压矢量，控制系统依据依据开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制策略给出的和四个电压指令，在每一个控制周期Ts内分配所述的该扇区相对应的5个空间电压矢量的作用时间，生成两套五相全桥逆变器的SVPWM脉冲控制信号实现开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制，达到剩余健康的B、C、D和E四相开绕组电流幅值相等、零序电流近似为0以及稳态时四相开绕组电流联合产生圆形旋转基波磁动势控制效果；开绕组五相永磁同步电机两套五相全桥逆变器的直流母线电压为UDC；所述每个扇区2个必选的空间电压矢量空间电压矢量U0-15和U15-0在基波复平面上定子二相静止αβ坐标系的表达式分别为其中，和分别是空间电压矢量U0-15在定子二相静止αβ坐标系α轴和β轴上的投影值，和分别是空间电压矢量U15-0在定子二相静止αβ坐标系α轴和β轴的投影值，且空间电压矢量U0-15和U15-0在z轴上的投影值分别为和且都为0，即空间电压矢量U0-15和U15-0所产生的零序电压分别为和且在12个扇区中，各个扇区内3个方向不相同且幅值最大的空间电压矢量依次是：第I扇区的U9-6、U13-6和U8-6，第II扇区的U8-15、U8-7和U8-2，第III扇区的U8-3、U13-3和U12-3，第IV扇区的U12-3、U4-3和U14-3，第V扇区的U4-1、U14-1和U15-1，第VI扇区的U6-1、U6-11和U6-9，第VII扇区的U6-9、U6-13和U6-8，第VIII扇区的U15-8、U7-8和U2-8，第IX扇区的U3-8、U3-13和U3-12，第X扇区的U3-12、U3-4和U3-14，第XI扇区的U1-4、U1-14和U1-15，第XII扇区的U1-6、U11-6和U9-6，其中空间电压矢量U9-6由第I扇区和第XII扇区共用，空间电压矢量U12-3由第III扇区和第IV区共用，空间电压矢量U9-6由第VI扇区和第VII扇区共用，空间电压矢量U9-6由第IX区和第X扇区共用，在12个扇区中共有32个方向不相同且幅值最大的空间电压矢量用于开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制；所述的在12个扇区中用于开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制的32个方向不相同且幅值最大的空间电压矢量空间U9-6、U13-6、U8-6、U8-15、U8-7、U8-2、U8-3、U13-3、U12-3、U4-3、U14-3、U4-1、U14-1、U15-1、U6-1、U6-11、U6-9、U6-13、U6-8、U15-8、U7-8、U2-8、U3-8、U3-13、U3-12、U3-4、U3-14、U1-4、U1-14、U1-15、U1-6和U11-6在基波复平面上定子二相静止αβ坐标系的表达式分别为：所述的在12个扇区中用于开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制的32个方向不相同且幅值最大的空间电压矢量空间U9-6、U13-6、U8-6、U8-15、U8-7、U8-2、U8-3、U13-3、U12-3、U4-3、U14-3、U4-1、U14-1、U15-1、U6-1、U6-11、U6-9、U6-13、U6-8、U15-8、U7-8、U2-8、U3-8、U3-13、U3-12、U3-4、U3-14、U1-4、U1-14、U1-15、U1-6和U11-6在定子二相静止αβ坐标系α轴和β轴上的投影值分别为：所述的在12个扇区中用于开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制的32个方向不相同且幅值最大的空间电压矢量空间U9-6、U13-6、U8-6、U8-15、U8-7、U8-2、U8-3、U13-3、U12-3、U4-3、U14-3、U4-1、U14-1、U15-1、U6-1、U6-11、U6-9、U6-13、U6-8、U15-8、U7-8、U2-8、U3-8、U3-13、U3-12、U3-4、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制SVPWM生成方法，其特征在于：/n开绕组五相永磁同步电机定子二相静止αβ坐标系、基波复平面的实轴和虚轴、及发生断路故障的A相绕组轴线的位置关系为：开绕组五相永磁同步电机定子二相静止αβ坐标系的α轴和β轴分别与基波复平面的实轴和虚轴重合，定子二相静止αβ坐标系的α轴与发生断路故障的A相绕组轴线重合；/n开绕组五相永磁同步电机定子三次谐波二相静止α

【技术特征摘要】
1.一种开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制SVPWM生成方法，其特征在于：
开绕组五相永磁同步电机定子二相静止αβ坐标系、基波复平面的实轴和虚轴、及发生断路故障的A相绕组轴线的位置关系为：开绕组五相永磁同步电机定子二相静止αβ坐标系的α轴和β轴分别与基波复平面的实轴和虚轴重合，定子二相静止αβ坐标系的α轴与发生断路故障的A相绕组轴线重合；
开绕组五相永磁同步电机定子三次谐波二相静止α3β3坐标系与三次谐波复平面的实轴和虚轴的位置关系为：开绕组五相永磁同步电机定子三次谐波二相静止α3β3坐标系的α3轴和β3轴分别与三次谐波复平面的实轴和虚轴重合，且α轴与α3轴重合，且将β3轴命名为z轴；
开绕组五相永磁同步电机的A相绕组发生断路故障时，依据开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制策略给出四个电压指令，包括：基波复平面二相静止αβ坐标系α轴电压指令和β轴电压指令三次谐波复平面z轴电压指令以及零序电压指令
由基波复平面二相静止αβ坐标系α轴电压指令和β轴电压指令得到基波空间电压矢量指令U*，即









其中，U*为基波空间电压矢量指令U*的模，θ为在基波复平面上基波空间电压矢量指令U*与α轴间的空间电角度，当基波空间电压矢量指令U*从α轴位置开始逆时针旋转时，基波空间电压矢量指令U*与α轴间的空间电角度θ从0开始增大；
将基波复平面平分为12个扇区，每个扇区空间占据30°角度，具体划分如下：0°～30°为第I扇区，30°～60°为第II扇区，60°～90°为第III扇区，90°～120°为第IV扇区，120°～150°为第V扇区，150°～180°为第VI扇区，180°～210°为第VII扇区，210°～240°为第VIII扇区，240°～270°为第IX扇区，270°～300°为第10扇区，300°～330°为第XI扇区，330°～360°为第XII扇区；
当基波空间电压矢量指令U*处于12个扇区中的某一个扇区，为了产生基波空间电压矢量指令U*，选择这一扇区相对应的5个空间电压矢量进行合成，并依据开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制策略给出的四个电压指令，在每一个控制周期内分配所述的该扇区相对应的5个空间电压矢量的作用时间，从而生成两套五相全桥逆变器的SVPWM脉冲控制信号实现开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制，达到剩余健康的B、C、D和E四相开绕组电流幅值相等、零序电流近似为0以及稳态时四相开绕组电流联合产生圆形旋转基波磁动势控制效果；
当基波空间电压矢量指令U*不论处于12个扇区中的哪一个扇区，为了产生基波空间电压矢量指令U*，选择这一扇区相对应的5个空间电压矢量进行合成时，都必须选择U0-15和U15-0这2个空间电压矢量；
开绕组五相永磁同步电机两套五相全桥逆变器的直流母线电压为UDC；
所述每个扇区2个必选的空间电压矢量U0-15和U15-0在基波复平面上定子二相静止αβ坐标系的表达式分别为






其中，和分别是空间电压矢量U0-15在定子二相静止αβ坐标系α轴和β轴上的投影值，和分别是空间电压矢量U15-0在定子二相静止αβ坐标系α轴和β轴的投影值，且















空间电压矢量U0-15和U15-0在z轴上的投影值分别为和且都为0，即






空间电压矢量U0-15和U15-0所产生的零序电压分别为和且






在12个扇区中，各个扇区内3个方向不相同且幅值最大的空间电压矢量依次是：第I扇区的U9-6、U13-6和U8-6，第II扇区的U8-15、U8-7和U8-2，第III扇区的U8-3、U13-3和U12-3，第IV扇区的U12-3、U4-3和U14-3，第V扇区的U4-1、U14-1和U15-1，第VI扇区的U6-1、U6-11和U6-9，第VII扇区的U6-9、U6-13和U6-8，第VIII扇区的U15-8、U7-8和U2-8，第IX扇区的U3-8、U3-13和U3-12，第X扇区的U3-12、U3-4和U3-14，第XI扇区的U1-4、U1-14和U1-15，第XII扇区的U1-6、U11-6和U9-6，其中空间电压矢量U9-6由第I扇区和第XII扇区共用，空间电压矢量U12-3由第III扇区和第IV区共用，空间电压矢量U6-9由第VI扇区和第VII扇区共用，空间电压矢量U3-12由第IX区和第X扇区共用，在12个扇区中共有32个方向不相同且幅值最大的空间电压矢量用于开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制；
所述的在12个扇区中用于开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制的32个方向不相同且幅值最大的空间电压矢量U9-6、U13-6、U8-6、U8-15、U8-7、U8-2、U8-3、U13-3、U12-3、U4-3、U14-3、U4-1、U14-1、U15-1、U6-1、U6-11、U6-9、U6-13、U6-8、U15-8、U7-8、U2-8、U3-8、U3-13、U3-12、U3-4、U3-14、U1-4、U1-14、U1-15、U1-6和U11-6在基波复平面上定子二相静止αβ坐标系的表达式分别为
































































































所述的在12个扇区中用于开绕组五相永磁同步电机A相断路容错控制的32个方向不相同且幅值最大的空间电压矢量空间U9-6、U13-6、U8-6、U8-15、U8-7、U8-2、U8-3、U13-3、U12-3、U4-3、U14-3、U4-1、U14-1、U15-1、U6-1、U6-11、U6-9、U6-13、U6-8、U15-8、U7-8、U2-8、U3-8、U3-13、U3-12、U3-4、U3-14、U1-4、U1-14、U1-15、U1-6和U11-6在定子二相静止αβ坐标系α轴和β轴上的投影值分别为

















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【专利技术属性】
技术研发人员：陈益广，刘波，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12