[发明专利]一种五相永磁同步电机定子绕组不对称故障的控制方法

说明书

本发明公开了一种五相永磁同步电机定子绕组不对称故障的控制方法，用于解决五相永磁同步电机因定子绕组不对称故障所带来的损耗增加，避免因温度过高而破坏永磁同步电机。其技术方案是：在已知定子绕组不对称故障发生的故障相以及故障程度情况下，根据永磁同步电机故障前后定子绕组磁动势不变原则以及定子绕组铜损耗最小为优化约束条件，计算出在定子绕组不对称故障情况下五相定子电流的幅值以及相位，从而最终实现永磁同步电机定子绕组不对称故障的容错控制，降低铜损耗，实现了永磁同步电机的带故障运行。

技术领域

本发明涉及一种五相永磁同步电机定子绕组不对称故障的控制方法，适用于动车、地铁、航空航天特别是运用大功率电机的系统应用场合。

背景技术

近年来，由于多相永磁同步电机具有高转矩密度、高效率、高可靠性、电势正弦度高、定位力矩小容错能力强和输出功率平稳性等优势，已在在动车、高铁、航空航天等大功率等高新能应用场合得到了广泛运用，尤其是五相永磁同步电机。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。在定子绕组不对称故障发生的情况下，铜损耗会将会定子绕组以及电机内部温度升高，这对电机的安全性以及电机的寿命都带来极大的威胁，特别针对大功率电机。因此，在不影响电机系统工作情况下，需要采取一定的措施来降低铜损耗，从而降低定子绕组温度。就目前而言，大部分的容错控制都针对于变换器或定子绕组开路故障，常用的有三相转两相容错方法，三相四桥臂容错方法等，而针对定子绕组不对称故障，目前都是关于定子绕组不对称故障的诊断，还未见到有文献报道定子绕组不对称故障的控制。

发明内容

本发明的目的是针对定子绕组不对称故障，提出了一种五相永磁同步电机定子绕组不对称故障的控制方法，在电机发生定子绕组不对称故障时，通过采用容错控制方法，使电机的铜损耗减小，避免电机因热度过高而损坏，提高了电机系统的带故障运行能力。

本发明采用的技术方案为：一种五相永磁同步电机定子绕组不对称故障的控制方法，在控制系统中增加故障检测环节，当未检验到不对称故障时，控制系统按照正常运转模式，即采用五相72度正弦电流控制五相永磁同步电机；当系统检测到单相不对称故障时，电机系统启动容错控制模式，具体步骤如下：

(1)根据永磁同步电机故障前后定子绕组磁动势不变原则列出相应等式；

(2)以铜损耗最小为优化约束条件，运用拉格朗日中函数，计算出在定子绕组不对称故障情况下五相定子电流的幅值以及相位；

(3)根据解出的五相电流幅值及相位实现永磁同步电机在故障后的容错控制。

作为优选，所述步骤(1)具体为：

在五相永磁同步电机正常时，不考虑谐波的情况下，电流表示为

式中：i_a，i_b，i_c，i_d和i_e为五相定子电流，I为电流幅值。

在五相永磁同步电机正常时，绕组磁动势为

在五相永磁同步电机发生定子绕组不对称故障后，绕组磁动势为

式中：i_a、，i_b、，i_c、，i_d、和i_e、为故障后五相定子电流。

根据永磁同步电机故障前后定子绕组磁动势不发生变化，令式(2)等于式(3)得：

在五相永磁同步电机故障情况下，仍然满足：