[发明专利]永磁同步电机定子绕组不对称故障的直接转矩控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机定子绕组故障的直接转矩控制方法，首先，利用转速PI调节器获得转矩参考值；然后，在已知定子绕组不对称故障的故障相以及故障程度情况下，根据定子绕组铜损耗最小的约束条件，得到直轴电流参考值与交轴电流参考值的关系，进而计算磁链参考值与转矩参考值的关系；最后，将转矩参考值与计算出的转矩进行比较，把比较结果输入磁链滞环比较器中，将磁链参考值与计算出的磁链进行比较，并将结果输入到转矩滞环比较器中，综合转矩和磁链滞环比较器的输出结果与磁链矢量所在空间位置进行结合来选择电压矢量作用于变换器，进而控制永磁同步电机运行。本发明降低了铜损耗，实现了永磁同步电机的带故障运行。

技术领域

本发明是一种永磁同步电机定子绕组不对称故障的直接转矩控制方法，发明属于电机驱动与控制领域。

背景技术

近年来，永磁同步电机具有高转矩密度、高效率、高可靠性等优势，已在在动车、高铁、航空航天等大功率等高性能应用场合得到了广泛运用。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情况下，铜损耗将会使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进而保护电机。就目前而言，大部分的容错控制都是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。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关于定子绕组不对称故障控制研究。

发明内容

本发明目的是为了针对定子绕组不对称故障，提供一种永磁同步电机定子绕组故障的直接转矩控制方法，使得当永磁同步电机发生定子绕组不对称故障时，电机的铜损耗降低，避免电机因温度过高而引起的进一步损坏，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：一种永磁同步电机定子绕组故障的直接转矩控制方法，包括如下步骤：

(1)利用转速PI调节器获得转矩参考值；

(2)在已知定子绕组不对称故障的故障相以及故障程度情况下，根据定子绕组铜损耗最小的约束条件，得到直轴电流与交轴电流的关系，进而计算出磁链参考值与转矩参考值的关系；

(3)将转矩参考值与计算出的转矩进行比较，把比较结果输入磁链滞环比较器中，将磁链参考值与计算出的磁链进行比较，并将结果输入到转矩滞环比较器中，综合转矩和磁链滞环比较器的输出结果与磁链矢量所在空间位置进行结合来选择电压矢量作用于变换器，进而控制永磁同步电机运行。

作为优选，所述步骤(1)具体为：将转速参考值ω*与实际转速ω的差值e_n输入转速PI调节器，根据式(1)获得交轴转矩参考值T_e为

式中：K_p和K_i分别为转速PI调节器的比例增益和积分增益。

作为优选，所述步骤(2)具体为：假设定子绕组不对称故障发生在a相，那么永磁同步电机定子绕组的电压方程在abc坐标系下表示为

式中：u_a，u_b和u_c为三相定子电压，i_a，i_b和i_c为三相定子电流，L是定子绕组自感，M是定子绕组互感，R_s是永磁同步电机正常时的定子绕组电阻，R_{add_a}是定子绕组不对称故障发生在a相的附加电阻，e_a，e_b和e_c是三相定子绕组的反电动势。