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行业动态

基于五相半桥VSI故障运行时电机控制

A相断路故障发生时,通过改变剩余相电流的相角和幅值来保证故障前后的圆形旋转磁场基本不变,保证电机容错运行。当采用等电流幅值滞环控制策略时,通过调节剩余相电流的相位角,来保证东莞电机的中性点电流为零。故障前后相电流相位角的关系。

 

图1:故障前后各相电流的相位关系图

故障前后各相电流的相位关系图

基于五相半桥的NFV-SVPWM算法,利用电流双闭环转速闭环的矢量控制策略,在Simulink里,搭建了正常运行时的FP-PMSM系统。直流母线电压升至288V,而电机的转速给定值设置为80rpm,加负载转矩至25Nm。

 

图2:基于五相半桥电流双闭环转速闭环的系统仿真

基于五相半桥电流双闭环转速闭环的系统仿真

365体育在线采取等电流幅值滞环控制策略时,电磁转矩波动很大,近似在64%左右;转速无法跟随给定,且波动也较大,近似在2r/min的范围内;五相相电流出现严重的畸变,系统是无法正常运行的。在t=0.55s处,采用等电流幅值滞环控制策略后,电磁转矩的纹波有了很大抑制,降至10%左右。同时,转速稳定在了80rpm。

 

图3:基于五相半桥的电流滞环控制仿真结泵

基于五相半桥的电流滞环控制仿真结泵

矢量控制和电流滞环控制下的电磁转矩波动对比图。在同一电周期0.02s内,电流滞环控制下的转矩波动是10%,近似是矢量控制的两倍。

 

图4:两种调制算法下电磁转矩波动对比

两种调制算法下电磁转矩波动对比

五相电机单相开路故障时,等电流幅值滞环控制策略易于控制剩余相电流跟随各自的给定值。但是,此控制策略具有一定的弊端。较高的IGBT开关频率不利于逆变器的持久运行,减小使用寿命。其次,等电流幅值滞环控制策略时,开关频率不具有SVPWM的固定性,易出现较窄的脉冲和较高的过电流,这对IGBT的耐热性有了较高的要求。高且不固定的开关频率,要求控制器的采样周期尽量小,避免了较大的延迟,这样就对微处理器的运行速度有着更高的需求。

 

有必要提出一种不增加过多IGBT数目,且具有较高母线利用率的拓扑结构。基于三相四桥臂的广泛研究,本文中提出了五相六桥臂VSI。将五相电机的中性点引出后,与F桥臂相连,通过对F桥臂的控制实现电机每相绕组解耦控制。在东莞电机正常运行时候,基于五相六桥臂SVPWM输出的各相电压是对称的,不需要对F桥臂进行控制。这种情况下,就退化为半桥结构下的SVPWM,分析五相六桥臂下FP-PMSM采用SVPWM的容错运行原理。由于F桥臂的存在,各相电压是相互解耦的,这就便于进行矢量控制。在Simulink里,建立了基于五相六桥臂的FP-PMSM控制系统。直流母线电压升至288V,而电机的转速给定值设置为80rpm,加负载转矩至25Nm。基于五相六桥臂正常运行时,电机控制系统仿真的结泵,如图5所示:

 

图5:基于五相六桥臂正常运行时电机仿真图

基于五相六桥臂正常运行时电机仿真图

当A相断路时,提出的基于五相六桥臂的SVPWM算法是可以实现容错运行的,而且转矩波动率±0.8%,转速波动±0.15r/min。东莞电机发生A相故障时不采用容错策略时生成的旋转磁场,显然不是圆形,比较贴近与扁椭圆的形状;A相断路故障发生后有容错策略的旋转磁场,近乎于圆形,比不采取容错策略有着很大的改善。针对五相六桥臂下的FP-PMSM控制系统,本节提出了最小相电流误差的滞环控制策略。通过对F桥臂的控制,实现对五相半桥下电流滞环控制的参数优化,使每桥臂上的IGBT开关频率准固定,且降低了IGBT的开关损耗。