单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕组开路故障容错方法

技术领域

本发明属于电机领域，涉及电机容错控制技术，具体是单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕组开路故障容错方法。

背景技术

在大型工业生产、轨道交通、龙门起重机等场合，为降低成本，常采用双电机或多电机共同驱动的方式。常见的多电机系统是由多组单机系统组成，每一台电机连接一个逆变器。然而，这种方式使得电力电子元件的数量也随之增加，系统将变得十分笨重。目前有一种方法是只使用一台三相逆变器给两台甚至多台永磁同步电机同时供电，这样可以极大减少电力电子元件的数量，系统的体积和尺寸也随之减小，成本降低。

由于环境的恶劣、供电不稳等问题，容易造成电机绕组开路故障，这也是电机常见的故障之一，双电机系统也增大了这种故障的概率。一旦电机发生绕组开路故障，会造成非故障相电流极具增加，电机转矩脉动增大，电机控制性能降低，长时间运行可能会烧毁电机。

目前，关于电机容错运行的研究都是针对单电机系统，由于故障电机与正常电机并联，这些方式都不能直接应用在单逆变器双电机系统中。因此针对单逆变器双电机系统，本发明提出了一种单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕组开路故障容错方法，这种方法可以满足单逆变器驱动下正常电机和故障电机共同稳定运行，而且不需要用辅助桥臂和分裂电容器，降低了成本，实现系统稳定运行，为此，我们提出单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕组开路故障容错方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕组开路故障容错方法，该方法可以满足单逆变器驱动下正常电机和故障电机共同稳定运行，而且不需要用辅助桥臂和分裂电容器，降低了成本，实现系统稳定运行。

本发明所要解决的技术问题为：

(1)如何解决现有永磁同步电机故障后转矩脉动过大、发热严重以及双电机系统运行不稳定的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕组开路故障容错方法，方法包括以下具体步骤：

步骤一，根据磁动势不变原理求出故障电机容错运行下正常相的电流与电压；

步骤二，根据两个电机端口电压相等求出正常电机的相电压与故障电机正常相的电压之间的压降；

步骤三，将故障电机的中性线引出，串联电阻电感元器件，接入与故障相对应的逆变器的输出端，根据电压和电流关系，确定串入电路中元件的参数；

步骤四，若故障电机负载发生变化，调整故障电机的电流和电机转速来降低转矩脉动。

进一步地，所述步骤三中关于将故障电机的中性线引出，串联电阻电感元器件的设计，其方法为：

若电机a相出现断路故障，电机故障后，通过引出中性线串联元器件接入逆变器输出A相，所串联的阻抗值相量表示为：

式中：ω

进一步地，所述步骤四中，当负载发生变化后，电机转速调整为：

故障电机的D轴电流为：

式中：Z

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕组开路故障容错方法，根据磁动势不变原理求出故障电机容错运行下正常相的电流与电压，而后根据两个电机端口电压相等可以求出正常电机的相电压与故障电机正常相的电压之间的压降，再将故障电机的中性线引出，串联电阻电感等元器件，接入与故障相对应的逆变器的输出端，利用电压和电流关系，确定串入电路中元件的参数，若故障电机负载发生变化，通过调整故障电机的电流和电机转速来降低转矩脉动；

综上，本发明满足单逆变器驱动下正常电机和故障电机共同稳定运行，而且不需要用辅助桥臂和分裂电容器，降低了成本，实现系统稳定运行。

附图说明

图1为本发明的单逆变器驱动双永磁同步电机容错拓扑；

图2为本发明的永磁同步电机在矢量控制情况下单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕组开路故障容错方法的框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2所示，单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕组开路故障容错方法，方法包括以下具体步骤：

步骤一，根据磁动势不变原理求出故障电机容错运行下正常相的电流与电压；

步骤二，根据两个电机端口电压相等求出正常电机的相电压与故障电机正常相的电压之间的压降；

步骤三，将故障电机的中性线引出，串联电阻电感元器件，接入与故障相对应的逆变器的输出端，根据电压和电流关系，确定串入电路中元件的参数；

步骤四，若故障电机负载发生变化，调整故障电机的电流和电机转速来降低转矩脉动，使系统稳定运行；

下面以永磁同步电机#2(Permanent magnet synchronous machine,PMSM#2)a相(b相和c相类似，PMSM#1类似)为例对本案进行说明：

步骤一：根据磁动势不变原理求出故障电机容错运行下正常相的电流与电压；

电机正常运行时，电机磁动势为：

当PMSM#2的a相绕组开路故障后，电机磁动势为：

为保证f＝f'，此时：

由此可得PMSM#2容错运行下正常相的电流应为：

假定电机为理想电机，忽略漏感和磁饱和，在自然坐标系下电机电压可表示为：

式中：u,i永磁同步电机三相电压与电流，Rs为定子绕组电阻，L为绕组自感，M为绕组互感，ω

因此，容错运行时故障电机正常相电压为：

步骤二：根据两个电机端口电压相等可以求出正常电机的相电压与故障电机正常相的电压之间的压降；

根据磁动势不变原理，故障电机正常相电流幅值与相位均发生变化，幅值变为原来的1.732倍，相位差由原来的120°变为60°，此时容错电流和正常时的电流关系为：

将公式(7)带入公式(6)中，可得：

根据图1，可建立以下关系：

步骤三：将故障电机的中性线引出，串联电阻电感等元器件，接入与故障相对应的逆变器的输出端，根据电压和电流关系，可以确定串入电路中元件的参数；

根据图1可知Δu＝i

稳态下，可以求得Z

式中：

步骤4：如果故障电机负载发生变化，通过调整故障电机的电流和电机转速来降低转矩脉动，使系统稳定运行。

通过控制i

整理公式(10)-(11)可得：

式中：Z

综述所述，对利用本发明提出的方法，可以使得单逆变器驱动双永磁同步电机系统发生绕组开路故障后能够容错运行。本发明可以满足单逆变器驱动下正常电机和故障电机共同稳定运行，而且不需要用辅助桥臂和分裂电容器，降低了成本，是一种单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕开路故障容错运行的有效方法。

单逆变器驱动双永磁同步电机系统绕组开路故障容错方法，工作时：

根据磁动势不变原理求出故障电机容错运行下正常相的电流与电压，根据两个电机端口电压相等可以求出正常电机的相电压与故障电机正常相的电压之间的压降，将故障电机的中性线引出，串联电阻电感等元器件，接入与故障相对应的逆变器的输出端，根据电压和电流关系，可以确定串入电路中元件的参数，如果故障电机负载发生变化，通过调整故障电机的电流和电机转速来降低转矩脉动，本发明满足单逆变器驱动下正常电机和故障电机共同稳定运行，而且不需要用辅助桥臂和分裂电容器，大大降低了成本，实现系统稳定运行。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。