一种针对高阻连接的三相四线制伺服电机效率优化方法

技术领域

本发明属于电机故障优化技术领域，具体涉及一种针对高阻连接的三相四线制伺服电机效率优化方法。

背景技术

永磁同步电机系统广泛运用于航空航天伺服系统中。为了提高系统运行效率以及稳定性，航空航天伺服系统广泛地采用三相四桥臂控制拓扑。航空航天领域所使用的伺服电机系统，通常对其运行稳定性要求很高，同时也非常注重系统运行效率等问题。

航空航天伺服电机系统，往往处于长期高强度的运行状态下，过度的铜损耗将会导致热效应过于强烈。而在长期高强度运行中，高阻抗连接等是极其容易出现的运行故障，此时会导致系统运行损耗大幅度增加，严重降低系统运行的效率，损坏机械结构。

目前对于高阻抗估算以及定位的研究已经较为充分，对于降低其运行损耗的方式常采用改变d轴参考电流的方式，但这种方式较本文提出的方式效果欠缺。

为此，提出一种针对高阻连接的三相四线制伺服电机效率优化方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种针对高阻连接的三相四线制伺服电机效率优化策略，解决了现有技术中发生高阻抗连接时降低伺服电机运行铜损耗的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种针对高阻连接的三相四线制伺服电机效率优化方法，包括以下步骤:

通过电流传感器测得高阻抗连接故障下电机运行时各相序的电流，并将电机各相序的电流转换为dq0轴坐标系下的电流；

根据高阻抗连接故障下电机相电压以及相电流计算出电机工作时的输出功率，并通过对功率分析，得到二次谐波分量，并结合此时相电流幅值，计算得到发生高阻抗连接故障时的故障电阻值；

基于电机高阻抗连接故障时的故障电阻值，并结合电机定子电阻值以及高阻抗连接故障时dq0轴电流，计算出此时dq0轴坐标系下高阻抗连接故障并介入容错之后的电机铜损耗；

对电机高阻抗连接故障并介入容错之后的电机铜损耗公式进行求导，求解得到电机第四桥臂注入的电流幅值以及电流相位，并带入到电机第四桥臂注入的零序电流表达式，得到电机高阻抗连接故障下第四桥臂优化后的零序电流；

基于第四桥臂注入优化后的零序电流，计算得到电机高阻抗连接故障下最小铜损耗。

进一步地，电机各相序的电流转换为dq0轴坐标系下的电流，方式如下：

其中，i

进一步地，高阻抗连接故障下电机工作时的输出功率为：

其中，P

进一步地，二次谐波分量为：

其中，ΔUI表示附加电阻带来的电压电流变化幅值，U

进一步地，高阻抗连接故障什故障电阻值为：

其中，I

进一步地，高阻抗连接故障并介入容错之后的电机铜损耗为：

其中，

进一步地，电机第四桥臂注入的零序电流为：

其中，A为注入电流幅值，

进一步地，电机第四桥臂注入电流幅值以及电流相位：

进一步地，高阻抗连接故障下第四桥臂优化后的零序电流为：

其中，R

进一步地，第四桥臂注入优化后的零序电流后，最小铜损耗为：

其中，R

本发明的有益效果：

高阻抗连接故障运行条件下的效率优化控制，有效的降低了高阻抗连接运行时的系统铜损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，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。

图1为系统控制框图；

图2为系统三相四桥臂故障模拟图；

图3为67Ω(100倍定子电阻)故障电阻下健康、故障、优化的三种模式下三相电流对比图；

图4为67Ω(100倍定子电阻)故障电阻下健康、故障、优化的三种模式下转速对比图；

图5为67Ω(100倍定子电阻)故障电阻下健康、故障、优化的三种模式下输出转矩对比图；

图6为67Ω(100倍定子电阻)故障电阻下健康、故障、优化的三种模式下铜损耗对比图；

图7为基于第四桥臂注入与改变d轴参考电流的对比效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供一种技术方法，一种针对高阻连接的三相四线制伺服电机效率优化方法。

下面以A相序发生高阻抗连接故障为例，电机定子电阻为R

1、通过电流传感器测得高阻抗连接故障下电机运行时各相序的电流，并将电机各相序的电流转换为dq0轴坐标系下的电流。

1)通过电流传感器测得高阻抗连接故障下电机运行时各相电流i

2)将电机各相电流转换为dq0轴坐标系下的电流i

其中，i

2、根据高阻抗连接故障下电机相电压以及相电流计算出电机工作时的输出功率，并通过傅里叶FFT对功率分析，得到二次谐波分量，并结合此时相电流幅值，计算得到发生高阻抗连接故障时的故障电阻值。

1)在A相附加电阻R

在加入A相附加电阻后，此时按照理论推导系统B、C两相输出功率不变，则此时更变的A相功率为：

其中，P

通过对A相功率P

其中，ΔUI表示附加电阻带来的电压电流变化幅值，U

2)基于对功率分析得到的二次谐波分量FT(P

其中，I

3、基于电机高阻抗连接故障时的故障电阻值，并结合电机定子电阻值以及高阻抗连接故障时dq0轴电流，计算出此时dq0轴坐标系下高阻抗连接故障并介入容错之后的电机铜损耗。

1)计算dq0轴坐标系下高阻抗连接故障并介入容错之后的电机铜损耗

其中，

2)此时根据电机的三相电流表示，转化为：

其中，i

4、基于电流周期性特征假设电机第四桥臂注入的零序电流为：

其中，A为注入电流幅值，

5、对电机高阻抗连接故障并介入容错之后的电机铜损耗公式进行求导，求解得到电机第四桥臂注入的电流幅值以及电流相位，并带入到电机第四桥臂注入的零序电流表达式，得到电机高阻抗连接故障下第四桥臂优化后的零序电流。

1)对电机高阻抗连接故障并介入容错之后的电机铜损耗公式进行求导，推导如下：

其中，P

此时，在不考虑输出性能，只针对电机铜损耗效率的前提下，根据偏微分可以求得：

求解得到：

2)将求解得到的电流幅值以及电流相位，带入到电机第四桥臂注入的零序电流表达式，得到此时电机高阻抗连接故障下第四桥臂优化后的零序电流为：

其中，R

6、电机高阻抗连接故障下，第四桥臂注入优化后的零序电流后，最小铜损耗为：

其中，R

本发明采用以下电机参数进行了仿真验证，具体参数如下：

设定A相高阻抗连接故障程度为67欧姆。图3给出了故障电阻下健康、故障、优化三种模式下三相电流的对比，图4给出了故障电阻下健康、故障、优化三种模式下转速的对比，图5给出了故障电阻下健康、故障、优化三种模式下输出转矩的对比，图6给出了故障电阻下健康、故障、优化三种模式下铜损耗的对比，图7给出了基于第四桥臂注入与改变d轴参考电流的对比效果图。

如图2所示，图中R

在发生系统高阻抗连接故障之后，系统零轴参考电流更改模块发生作用，即图1中Id/I0 REFERENCE所指示，这时候通过坐标变换模块，给出三相电流的参考值与电流传感器采集的实际电流信号进行对比，经过积分控制器PI变换后输入给PWM载波调制模块，从而实现电机驱动。其中参考值更改的是I0由0变为本文所推导出的优化电流，从而实现了高阻抗连接运行条件下的效率优化控制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内容。