永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动控制方法技术

本发明专利技术公开了永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动控制方法，涉及电机驱动与控制技术领域，包括：利用转速PI调节器获得电磁转矩的参考值；在已知定子绕组不对称故障的故障相以及故障程度情况下，根据电压模型的磁链观测器，重新设计定子绕组不对称故障情况下磁链观测器，进而估算磁链值与转矩值；将转矩参考值与计算出的转矩值进行比较，将磁链参考值与计算出的磁链进行比较，并将比较结果分别输入到磁链和转矩滞环比较器中，综合转矩和磁链滞环比较器的输出结果与磁链矢量所在空间位置进行结合来选择电压矢量作用于变换器，进而控制永磁同步电机运行，本发明专利技术降低了电机在发生定子绕组不对称故障时的转矩脉动，提升了电机的运行性能。机的运行性能。机的运行性能。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动控制方法


[0001]本专利技术涉及电机驱动与控制
，具体是永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，永磁同步电机具有高转矩密度、高效率、高可靠性等优势，已在动车、高铁、航空航天等大功率等高性能应用场合得到了广泛运用，永磁同步电机工作时，具有复杂的机电能量转换过程，在长期运行中，受负载工况和运行环境的影响，某些部件会逐渐失效或损坏；其中，定子绕组不对称故障是很常见故障之一，定子绕组不对称故障会导致电机转矩脉动增加，这对电机的运行性能以及电机的寿命都带来极大的威胁；因此需要采取一定的措施来降低转矩脉动，提升电机在故障下的运行性能；
[0003]就目前而言，大部分的转矩脉动抑制控制策略都是针对电机运行在正常情况下，目前关于定子绕组不对称故障下的转矩脉动抑制控制策略研究，还未见到有文献报道；为此，本专利技术提出了一种永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动抑制控制方法，使电机在发生定子绕组不对称故障时，电机转矩脉动减低，提升了电机的运行性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动控制方法，降低了电机在发生定子绕组不对称故障时的转矩脉动，提升了电机的运行性能。
[0005]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面的实施例提出永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动控制方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一：利用转速PI调节器获得电磁转矩的参考值；
[0007]步骤二：在已知定子绕组不对称故障的故障相以及故障程度情况下，根据电压模型的磁链观测器，重新设计定子绕组不对称故障情况下磁链观测器，进而估算磁链值与转矩值；
[0008]步骤三：将转矩参考值与计算出的转矩值进行比较，把比较结果输入磁链滞环比较器中，将磁链参考值与计算出的磁链进行比较，并将结果输入到转矩滞环比较器中，综合转矩和磁链滞环比较器的输出结果与磁链矢量所在空间位置进行结合来选择电压矢量作用于变换器，进而控制永磁同步电机运行。
[0009]进一步地，所述步骤一中利用转速PI调节器获得电磁转矩的参考值，具体步骤为：
[0010]将转速参考值ω*与实际转速ω的差值e
n
输入转速PI调节器，根据式(1)获得电磁转矩参考值T
e
为：
[0011][0012]式中：K
p
和K
i
分别为转速PI调节器的比例增益和积分增益。
[0013]进一步地，所述步骤二中重新设计定子绕组不对称故障情况下磁链观测器，具体步骤为：
[0014]假设定子绕组不对称故障发生在α相，永磁同步电机定子绕组的电压方程在αβ坐标系下的表示如式(2)所示：
[0015][0016]因此，根据基于电压的磁链观测模型，在定子绕组不对称故障情况下，重新设计的磁链观测器如式(3)所示：
[0017][0018]式中：ψ
α
和ψ
β
为在αβ坐标系下定子磁链，u
α
和u
β
为在αβ坐标系下定子电压，i
α
和i
β
为在αβ坐标系下定子电流，R
s
为定子电阻，R
add_a
为定子绕组不对称故障导致的a相额外电阻。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术利用转速PI调节器获得电磁转矩的参考值；在已知定子绕组不对称故障的故障相以及故障程度情况下，根据电压模型的磁链观测器，重新设计定子绕组不对称故障情况下磁链观测器，进而估算磁链值与转矩值；然后综合转矩和磁链滞环比较器的输出结果与磁链矢量所在空间位置进行结合来选择电压矢量作用于变换器，进而控制永磁同步电机运行；本专利技术利用直接转矩控制方法能使电机在发生定子绕组不对称故障时，电机的转矩脉动减小，提升了电机运行性能。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动控制方法的原理框图。
具体实施方式
[0023]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]如图1所示，永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动控制方法，包括如下步骤：
[0025]步骤一：利用转速PI调节器获得电磁转矩的参考值，具体为：
[0026]将转速参考值ω
*
与实际转速ω的差值e
n
输入转速PI调节器，根据式(1)获得电磁转矩参考值T
e
为：
[0027][0028]式中：K
p
和K
i
分别为转速PI调节器的比例增益和积分增益；
[0029]步骤二：在已知定子绕组不对称故障的故障相以及故障程度情况下，根据电压模型的磁链观测器，重新设计定子绕组不对称故障情况下磁链观测器，进而估算磁链值与转矩值，具体为：
[0030]假设定子绕组不对称故障发生在α相，永磁同步电机定子绕组的电压方程在αβ坐标系下的表示如式(2)所示：
[0031][0032]式中：ψ
α
和ψ
β
为在αβ坐标系下定子磁链，u
α
和u
β
为在αβ坐标系下定子电压，i
α
和i
β
为在αβ坐标系下定子电流，R
s
为定子电阻，R
add_a
为定子绕组不对称故障导致的a相额外电阻；
[0033]因此，根据基于电压的磁链观测模型，在定子绕组不对称故障情况下，重新设计的磁链观测器如式(3)所示：
[0034][0035]步骤三：将转矩参考值与计算出的转矩值进行比较，把比较结果输入磁链滞环比较器中，将磁链参考值与计算出的磁链进行比较，并将结果输入到转矩滞环比较器中，综合转矩和磁链滞环比较器的输出结果与磁链矢量所在空间位置进行结合来选择电压矢量作用于变换器，进而控制永磁同步电机运行；本专利技术利用直接转矩控制方法能使电机在发生定子绕组不对称故障时，电机的转矩脉动减小，提升了电机运行性能。
[0036]上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：利用转速PI调节器获得电磁转矩的参考值；步骤二：在已知定子绕组不对称故障的故障相以及故障程度情况下，根据电压模型的磁链观测器，重新设计定子绕组不对称故障情况下磁链观测器，进而估算磁链值与转矩值；步骤三：将转矩参考值与计算出的转矩值进行比较，把比较结果输入磁链滞环比较器中，将磁链参考值与计算出的磁链进行比较，并将结果输入到转矩滞环比较器中，综合转矩和磁链滞环比较器的输出结果与磁链矢量所在空间位置进行结合来选择电压矢量作用于变换器，进而控制永磁同步电机运行。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机定子绕组不对称故障下转矩脉动控制方法，其特征在于，所述步骤一中利用转速PI调节器获得电磁转矩的参考值，具体步骤为：将转速参考值ω*与实际转速ω的差值e
n
输入转速PI调节器，根据式(1)获得电磁转矩参考值T
e
为：式中：K
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杭俊，郝梦路，丁石川，张鹏，李伟，李国丽，王群京，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：