開關(guān)磁阻電機(Switched Reluctance Motor,簡稱SRM)憑借結(jié)構(gòu)簡單、可調(diào)節(jié)參數(shù)多、轉(zhuǎn)子無繞組、容錯能力強等優(yōu)點,在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域具有一定的競爭力。但是由于過壓、過流、過熱等因素,開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)會發(fā)生故障,主要表現(xiàn)為電機故障、電流傳感器故障、功率變換器故障和位置傳感器故障等。若系統(tǒng)發(fā)生故障后未能及時檢測及實施容錯控制策略,將會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行。因此本文針對開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要電氣故障開展診斷和容錯控制研究。開關(guān)磁阻電機定子側(cè)繞組絕緣老化會引發(fā)相間短路故障。首先,分析了繞組不同連接方式下的相間短路故障模式及不同故障模式下的故障表現(xiàn)特征。在此基礎(chǔ)上,建立了開關(guān)磁阻電機相間短路故障下的繞組等效電路。通過優(yōu)化傳統(tǒng)的相電流檢測方法獲得開關(guān)磁阻電機各相繞組進線電流值和出線電流值,利用繞組進線電流和出線電流之差實時檢測相間短路故障。為了減小開關(guān)磁阻電機相間短路故障后對電機運行性能的影響,通過改變功率三極管的開關(guān)狀態(tài),提出了一種基于轉(zhuǎn)速、繞組電流和短路線電流的三閉環(huán)容錯控制策略。仿真和實驗結(jié)果表明,所提出的方法能夠有效地檢測出故障并限制短路電流。開關(guān)磁阻電機的控制與保護離不開準確的電流信息,靈活、經(jīng)濟、方便的相電流檢測方式十分必要。通過優(yōu)化電流傳感器的放置位置,提出了一種基于兩個電流傳感器的相電流重構(gòu)策略。根據(jù)開關(guān)磁阻電機的工作原理,將每個轉(zhuǎn)子周期分為三個子區(qū)域,通過求解每個子區(qū)域的線性方程組獲得各相電流值。通過實時檢測各個開通區(qū)間上升沿處的電流值確定偏置電流傳感器,并利用偏置電流直接補償和比例積分補償兩種方式消除偏置電流。通過實時檢測功率三極管驅(qū)動信號與相電流變化率的同步關(guān)系診斷斬波管短路故障,通過實時檢測相鄰兩相繞組電流續(xù)流時長診斷位置導(dǎo)通管短路故障,利用虛擬電流傳感器進行短路故障情況下的相電流容錯重構(gòu)。該方法不受功率三極管開路故障的影響。仿真和實驗結(jié)果表明,所提相電流重構(gòu)算法靈活經(jīng)濟、重構(gòu)電流精度高、可擴展。為進一步提高開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)的容錯能力,在傳統(tǒng)功率變換器拓撲的基礎(chǔ)上,提出了一種基于雙向功率單元的容錯型功率變換器拓撲,適用于繞組、功率三極管等復(fù)合故障容錯運行。正常情況下,雙向功率單元處于空閑狀態(tài)。功率三極管開路故障發(fā)生后,通過重構(gòu)功率變換器拓撲實現(xiàn)容錯運行。功率三極管短路故障發(fā)生后,通過設(shè)計的關(guān)斷角優(yōu)化控制器保持輸出轉(zhuǎn)矩脈動最小化,改善開關(guān)磁阻電機的運行性能。繞組故障發(fā)生后,通過補償損失的輸出轉(zhuǎn)矩進行容錯運行。仿真和實驗結(jié)果表明,所提出的拓撲結(jié)構(gòu)能進一步提高開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)的帶故障運行能力。準確的位置信息對控制開關(guān)磁阻電機是十分必要的。在低成本應(yīng)用場合,光電式傳感器備受青睞。對于三相開關(guān)磁阻電機,三個光電式傳感器按120°相位差固定安裝,但由于機械加工等因素會導(dǎo)致光電式傳感器安裝不準確,發(fā)生不對齊故障。分析了不對齊故障對開關(guān)磁阻電機運行性能的影響,在此基礎(chǔ)上提出了兩種方法避免不對齊情況的出現(xiàn):一種方法基于動態(tài)時間規(guī)整算法實現(xiàn),另外一種方法通過優(yōu)化傳統(tǒng)的開槽圓盤結(jié)構(gòu)并采用單只光電式傳感器實現(xiàn)。提出的方法容易在線實現(xiàn)并集成到控制策略之中。實驗結(jié)果表明,所提出的兩種方法均能有效地避免不對齊故障的發(fā)生。該論文有圖145幅,表27個,參考文獻181篇。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM352
【部分圖文】：

下的補償策略，文獻[71]對可存活的逆變器，提電流重構(gòu)方法，考慮了故障情況對相電流重構(gòu)策可以減少電流傳感器的使用數(shù)量，是一種提高系換器容錯換器的容錯能力主要通過采用容錯拓撲并結(jié)合器常見的容錯拓撲主要為：雙繞組冗余拓撲、開相四橋臂拓撲等。繞組冗余的容錯拓撲結(jié)構(gòu)。文獻[72][73]采用兩套接，構(gòu)成雙通道結(jié)構(gòu)，如圖 1-1 所示。兩套逆變故障時構(gòu)成單通道控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電機的容錯運平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)容錯運行，這種拓撲適]針對雙三相異步電機，提出了一種容錯控制策略力。雙繞組冗余拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)簡單，但由于需要組系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的體積和成本。

c) 基于橋臂冗余的容錯拓撲結(jié)構(gòu)。文獻[84]-[87]研究了基于橋臂冗余的結(jié)構(gòu)，如圖 1-2(b)所示。當(dāng)某相橋臂故障后，通過故障隔離技術(shù)，如快斷路器，將故障相橋臂與電機繞組分離，控制對應(yīng)雙向晶閘管的導(dǎo)通，故障橋臂切換至冗余橋臂。通過冗余橋臂進行容錯拓撲重構(gòu)后，控制策時相同，無需改變。文獻[88]提出了一種基于橋臂冗余的無刷直流電機功率變換器。(a)開關(guān)冗余容錯拓撲 (b)橋臂冗余容錯拓撲

斷速度傳感器故障，用觀測器的輸出替代故障信號進行容自適應(yīng)磁鏈觀測器獲得交直軸磁鏈估計值，然后通過轉(zhuǎn)速計實現(xiàn)位置傳感器容錯控制。文獻[63]采用 q 軸電壓偏差并利用轉(zhuǎn)速補償器實現(xiàn)容錯控制，該方法獨立于電機模型直流電機、感應(yīng)電機和永磁電機，開關(guān)磁阻電機具有獨特性嚴重非線性，開關(guān)磁阻電機的磁鏈特性如圖 1-3 所示。，傳統(tǒng)的故障診斷方法和容錯控制方法難以直接利用，需阻電機系統(tǒng)的故障診斷和容錯控制方法[93]。然而開關(guān)磁阻究是一項具有挑戰(zhàn)性的課題，其原因在于：1) 開關(guān)磁阻顯，缺少具體的數(shù)學(xué)解析表達式，難以從電壓方程出發(fā)建解各電氣量，同時也無法利用觀測算法計算變量估計值繞組相互獨立，具有良好的電隔離能力，但是相間彼此聯(lián)容錯帶來難度；3) 開關(guān)磁阻電機功率變換器結(jié)構(gòu)簡單，某相橋臂發(fā)生故障后，無法利用其他相橋臂進行替代或重障狀態(tài)下可控量較少，容錯策略難以實施。
【參考文獻】

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1 張磊;劉闖;王云林;張云龍;;一種具有容錯功能的開關(guān)磁阻電機初始位置估計方法[J];電工技術(shù)學(xué)報;2014年07期

2 胡榮光;鄧智泉;蔡駿;王騁;;一種開關(guān)磁阻電機位置信號故障診斷與容錯控制方法[J];電工技術(shù)學(xué)報;2014年07期

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本文編號：2889687