水下永磁同步电机驱动器故障诊断与容错运行的研究

发布时间：2017-08-05 14:10

  本文关键词：水下永磁同步电机驱动器故障诊断与容错运行的研究

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【摘要】：永磁同步电机具有体积小、效率高、转矩波动小、转动惯量低等优点,因此,基于永磁同步电机的电机驱动系统广泛应用于工业设计中的各个领域。逆变器作为电机驱动系统的核心部件,若发生故障,直接影响到整个系统的稳定性,重则导致整个电机驱动系统瘫痪。因此,具有故障诊断和容错运行能力的电机驱动系统越来越受到研究者的重视。本文主要针对逆变器的开路故障,详尽介绍了几种行之有效的故障诊断和容错运行方法。本文首先介绍分析了基于开关函数模型的故障诊断法和简单直流法,通过仿真实验分别验证了这两种方案存在的固有缺陷——添加额外的电压传感器和负载突变易产生误诊断现象。为了消除以上缺点,提出了基于电流矢量的归一化直流法,将三相电流进行归一化处理,此方法很好地解决了负载突变所带来的影响,但是在实验中发现由于非故障相在故障情况下的偏移导致故障定位不准确,因此需要新的故障诊断策略。其次,为了消除非故障相电流偏移导致的误诊断现象,以及针对多开关故障的检测,提出了基于电流矢量的多开关故障诊断法,利用绝对值的平均值避免了电流偏移对故障诊断的影响,通过仿真和实验验证了方法的可行性以及对上述缺点的克服。再次,针对开关存在的时断时续情况并对此种故障进行诊断,提出并分析了基于模糊理论的开关管故障诊断方法,将模糊理论运用至多开关故障诊断法中,实现将开路故障按故障等级进行划分,检测时断时续的故障现象。但是此方法在诊断多开关时断时续故障时会产生误诊断现象。接着,在检测出逆变器发生开路故障后,提出了一种三相四开关的拓扑结构,将故障相接入母线电容中点处,对电机驱动系统进行容错控制,详细阐述了四扇区SVPWM的生成方式,仿真对比了“四段式”和两种“七段式”SVPWM控制下电机的转矩脉动,并通过实验验证三相四开关容错拓扑的可行性。但是由于算法的限制,三相四开关拓扑母线电压利用率仅为正常情况的一半,带载能力较正常情况差。最后,针对带中性点的永磁同步电机,提出了三相四桥臂和两相四开关的控制方式,通过理论分析,发现SVPWM生成方式分别与三相六开关生成方式和三相四开关生成方式相同,避免了算法开发上的复杂性。当采用=0控制方式时,电机两相电流相位相差60°,但这两种拓扑具有明显缺陷——相电流较大,对功率开关性能要求较高。在Simulink中建立了带中性点的永磁同步电机模型,仿真验证了三相四桥臂和两相四开关控制方式的可行性。
【关键词】：永磁同步电机 多开关故障诊断法 模糊故障诊断 三相四开关 三相四桥臂 两相四开关
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究目的和意义10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 功率开关管开路故障检测发展现状11-13
• 1.2.2 功率开关管开路故障容错发展现状13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 永磁同步电机逆变器开路故障诊断法16-35
• 2.1 引言16
• 2.2 基于开关函数模型的逆变器开路故障诊断法16-20
• 2.2.1 基于开关函数模型的故障诊断法的原理16-18
• 2.2.2 基于开关函数模型的故障诊断法仿真验证18-20
• 2.3 归一化平均电流故障诊断法20-27
• 2.3.1 归一化平均电流故障诊断法的原理20-22
• 2.3.2 归一化平均电流故障诊断法仿真验证及实验分析22-27
• 2.4 基于电流矢量的多开关故障诊断法27-34
• 2.4.1 基于电流矢量的多开关故障诊断法原理28-30
• 2.4.2 多开关故障诊断法仿真验证及实验分析30-34
• 2.5 本章小节34-35
• 第3章 基于模糊理论的逆变器开路故障诊断法35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 模糊逻辑的数学基础及模糊推理步骤35-39
• 3.2.1 模糊逻辑的数学基础35-37
• 3.2.2 结合故障诊断的模糊推理的一般步骤37-39
• 3.3 基于电流矢量和模糊理论的逆变器开路故障诊断法39-44
• 3.3.1 基于模糊理论的逆变器开路故障诊断原理39-42
• 3.3.2 基于模糊理论逆变器开路故障诊断法仿真验证42-43
• 3.3.3 基于模糊理论逆变器开路故障诊断法实验分析43-44
• 3.4 本章小节44-45
• 第4章 永磁同步电机三相四开关容错控制策略45-63
• 4.1 引言45
• 4.2 三相四开关容错控制策略的运行原理45-50
• 4.3 三相四开关矢量控制容错控制系统的设计50-59
• 4.3.1 三相四开关系统设计概述50-51
• 4.3.2 三相四开关SVPWM算法51-59
• 4.4 三相四开关矢量控制容错控制策略的仿真验证及实验分析59-62
• 4.4.1 三相四开关矢量控制的仿真验证59-62
• 4.4.2 三相四开关矢量控制的实验分析62
• 4.5 本章小节62-63
• 第5章 中性点引出永磁同步电机的容错控制策略63-75
• 5.1 引言63
• 5.2 三相四桥臂容错控制策略63-68
• 5.2.1 三相四桥臂容错控制策略运行原理63-67
• 5.2.2 三相四桥臂容错控制策略仿真验证67-68
• 5.3 两相四开关容错控制策略68-74
• 5.3.1 两相四开关容错控制策略运行原理68-72
• 5.3.2 两相四开关容错控制策略仿真验证72-74
• 5.4 本章小节74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-80
• 附录80-81
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文81-83
• 致谢83

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本文编号：625272