五相驱动系统故障诊断及共模电压抑制方法研究

发布时间：2020-07-01 20:41

【摘要】：随着科技的进步和社会的发展,电机在国民生产生活当中的重要作用日益突出。现代电力电子技术的飞速发展打破了传统三相供电制的限制,使多相电机驱动系统得到了广泛的关注。与传统的三相电机驱动系统相比,多相电机驱动系统具有输出功率大、可靠性高、控制灵活、转矩纹波小等诸多优点,因此被广泛应用于船舰推进、航空航天、机车牵引、电动汽车等关键领域。多相电机驱动系统的故障不仅会影响系统可靠运行,还可能造成严重的经济甚至是人员损失。此外,多相电机驱动系统中PWM型逆变器产生的共模电压,不利于电网的安全稳定运行更严重影响了电机绕组绝缘与轴承的寿命。本文依托国家自然科学基金青年科学基金项目(51707007),以五相电机驱动系统为研究对象,对五相驱动系统的单相断相故障诊断和共模电压的抑制方法进行了深入的理论研究与实验验证。首先,建立了自然坐标系下五相感应电机的数学模型,利用Matlab搭建了五相感应电机故障诊断的仿真模型,根据对五相驱动系统单相断相时三次谐波平面电流轨迹特征的分析,设计了用于故障检测的故障因子,定义了用于故障识别的电流轨迹位置角,并通过相应变量的阈值设定与检测,提出了一种基于三次谐波平面电流检测的五相电机驱动系统单相断相故障诊断方法,实现了五相电机驱动系统单相断相故障诊断。仿真结果证明了所提方法理论分析的正确性。然后,详细分析了五相两电平电压源型逆变器的PWM原理与其共模电压的产生机理,基于两种现有的PWM策略的对比分析得出了抑制共模电压的思路,即通过PWM策略将开关状态之和限制在最小,进而提出一种基于镜像锯齿载波的能够有效降低共模电压幅值和频率的SCPWM策略。此外,对死区的影响、谐波注入的影响均进行了详细的分析,得出了死区不会产生共模电压尖峰的结论,并绘制了三次谐波注入的可行区域。利用Matlab/Simulinkd搭建了基于五相两电平电压源型逆变器的五相驱动系统仿真模型。仿真结果与理论分析一致。最后,利用五相感应电机驱动系统实验平台对所提的故障诊断方法和SCPWM策略进行了实验验证。实验结果证明,本文提出的五相电机驱动系统单相断相故障诊断方法能在电流基波周期的18%以内完成故障诊断,并且在指令转速与负载转矩突变的瞬态工况保持不误报警,体现了该方法良好的快速性与鲁棒性。同时,与传统SPWM策略相比,本文所提的SCPWM策略能够有效地将共模电压幅值和频率分别降低80%和40%。另一方面,对于SCPWM策略,应用谐波抑制技术可以优化相电流THD,并且在可行区域内注入三次谐波不会影响共模电压的抑制效果。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM346

【参考文献】