開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor,簡(jiǎn)稱(chēng)SRM)憑借結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可調(diào)節(jié)參數(shù)多、轉(zhuǎn)子無(wú)繞組、容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。但是由于過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等因素,開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)會(huì)發(fā)生故障,主要表現(xiàn)為電機(jī)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(shí)檢測(cè)及實(shí)施容錯(cuò)控制策略,將會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行。因此本文針對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要電氣故障開(kāi)展診斷和容錯(cuò)控制研究。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)定子側(cè)繞組絕緣老化會(huì)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(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相間短路故障下的繞組等效電路。通過(guò)優(yōu)化傳統(tǒng)的相電流檢測(cè)方法獲得開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)各相繞組進(jìn)線電流值和出線電流值,利用繞組進(jìn)線電流和出線電流之差實(shí)時(shí)檢測(cè)相間短路故障。為了減小開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相間短路故障后對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能的影響,通過(guò)改變功率三極管的開(kāi)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(cuò)控制策略。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的方法能夠有效地檢測(cè)出故障并限制短路電流。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制與保護(hù)離不開(kāi)準(zhǔn)確的電流信息,靈活、經(jīng)濟(jì)、方便的相電流檢測(cè)方式十分必要。通過(guò)優(yōu)化電流傳感器的放置位置,提出了一種基于兩個(gè)電流傳感器的相電流重構(gòu)策略。根據(jù)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理,將每個(gè)轉(zhuǎn)子周期分為三個(gè)子區(qū)域,通過(guò)求解每個(gè)子區(qū)域的線性方程組獲得各相電流值。通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)開(kāi)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(bǔ)償和比例積分補(bǔ)償兩種方式消除偏置電流。通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)功率三極管驅(qū)動(dòng)信號(hào)與相電流變化率的同步關(guān)系診斷斬波管短路故障,通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)相鄰兩相繞組電流續(xù)流時(shí)長(zhǎng)診斷位置導(dǎo)通管短路故障,利用虛擬電流傳感器進(jìn)行短路故障情況下的相電流容錯(cuò)重構(gòu)。該方法不受功率三極管開(kāi)路故障的影響。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提相電流重構(gòu)算法靈活經(jīng)濟(jì)、重構(gòu)電流精度高、可擴(kuò)展。為進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力,在傳統(tǒng)功率變換器拓?fù)涞幕A(chǔ)上,提出了一種基于雙向功率單元的容錯(cuò)型功率變換器拓?fù)?適用于繞組、功率三極管等復(fù)合故障容錯(cuò)運(yùn)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(kāi)路故障發(fā)生后,通過(guò)重構(gòu)功率變換器拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)容錯(cuò)運(yùn)行。功率三極管短路故障發(fā)生后,通過(guò)設(shè)計(jì)的關(guān)斷角優(yōu)化控制器保持輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小化,改善開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行性能。繞組故障發(fā)生后,通過(guò)補(bǔ)償損失的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行容錯(cuò)運(yùn)行。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的帶故障運(yùn)行能力。準(zhǔn)確的位置信息對(duì)控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是十分必要的。在低成本應(yīng)用場(chǎng)合,光電式傳感器備受青睞。對(duì)于三相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī),三個(gè)光電式傳感器按120°相位差固定安裝,但由于機(jī)械加工等因素會(huì)導(dǎo)致光電式傳感器安裝不準(zhǔn)確,發(fā)生不對(duì)齊故障。分析了不對(duì)齊故障對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行性能的影響,在此基礎(chǔ)上提出了兩種方法避免不對(duì)齊情況的出現(xiàn):一種方法基于動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法實(shí)現(xiàn),另外一種方法通過(guò)優(yōu)化傳統(tǒng)的開(kāi)槽圓盤(pán)結(jié)構(gòu)并采用單只光電式傳感器實(shí)現(xiàn)。提出的方法容易在線實(shí)現(xiàn)并集成到控制策略之中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的兩種方法均能有效地避免不對(duì)齊故障的發(fā)生。該論文有圖145幅,表27個(gè),參考文獻(xiàn)181篇。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TM352
【部分圖文】：

下的補(bǔ)償策略，文獻(xiàn)[71]對(duì)可存活的逆變器，提電流重構(gòu)方法，考慮了故障情況對(duì)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(cuò)換器的容錯(cuò)能力主要通過(guò)采用容錯(cuò)拓?fù)洳⒔Y(jié)合器常見(jiàn)的容錯(cuò)拓?fù)渲饕獮椋弘p繞組冗余拓?fù)洹㈤_(kāi)相四橋臂拓?fù)涞�。繞組冗余的容錯(cuò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[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(shí)構(gòu)成單通道控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的容錯(cuò)運(yùn)平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)運(yùn)行，這種拓?fù)溥m]針對(duì)雙三相異步電機(jī)，提出了一種容錯(cuò)控制策略力。雙繞組冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(cuò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[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(guò)故障隔離技術(shù)，如快斷路器，將故障相橋臂與電機(jī)繞組分離，控制對(duì)應(yīng)雙向晶閘管的導(dǎo)通，故障橋臂切換至冗余橋臂。通過(guò)冗余橋臂進(jìn)行容錯(cuò)拓?fù)渲貥?gòu)后，控制策時(shí)相同，無(wú)需改變。文獻(xiàn)[88]提出了一種基于橋臂冗余的無(wú)刷直流電機(jī)功率變換器。(a)開(kāi)關(guān)冗余容錯(cuò)拓?fù)?(b)橋臂冗余容錯(cuò)拓?fù)?

斷速度傳感器故障，用觀測(cè)器的輸出替代故障信號(hào)進(jìn)行容自適應(yīng)磁鏈觀測(cè)器獲得交直軸磁鏈估計(jì)值，然后通過(guò)轉(zhuǎn)速計(jì)實(shí)現(xiàn)位置傳感器容錯(cuò)控制。文獻(xiàn)[63]采用 q 軸電壓偏差并利用轉(zhuǎn)速補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制，該方法獨(dú)立于電機(jī)模型直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有獨(dú)特性嚴(yán)重非線性，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的磁鏈特性如圖 1-3 所示。，傳統(tǒng)的故障診斷方法和容錯(cuò)控制方法難以直接利用，需阻電機(jī)系統(tǒng)的故障診斷和容錯(cuò)控制方法[93]。然而開(kāi)關(guān)磁阻究是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的課題，其原因在于：1) 開(kāi)關(guān)磁阻顯，缺少具體的數(shù)學(xué)解析表達(dá)式，難以從電壓方程出發(fā)建解各電氣量，同時(shí)也無(wú)法利用觀測(cè)算法計(jì)算變量估計(jì)值繞組相互獨(dú)立，具有良好的電隔離能力，但是相間彼此聯(lián)容錯(cuò)帶來(lái)難度；3) 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，某相橋臂發(fā)生故障后，無(wú)法利用其他相橋臂進(jìn)行替代或重障狀態(tài)下可控量較少，容錯(cuò)策略難以實(shí)施。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張磊;劉闖;王云林;張?jiān)讫?;一種具有容錯(cuò)功能的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)初始位置估計(jì)方法[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2014年07期

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

3 曾輝;陳昊;徐陽(yáng);王千龍;;基于新型磁鏈檢測(cè)方案的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)非線性建模[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2013年11期

4 蒯松巖;王鵬飛;黃玉龍;;基于簡(jiǎn)化電感模型全域SRM無(wú)位置傳感器研究[J];電機(jī)與控制學(xué)報(bào);2013年10期

5 王偉;程明;張邦富;朱瑛;丁石川;;電流滯環(huán)型永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相電流傳感器容錯(cuò)控制[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年33期

6 周竟成;王曉琳;鄧智泉;蔡駿;鄒東坡;;開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的電感分區(qū)式無(wú)位置傳感器技術(shù)[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2012年07期

7 于泳;蔣生成;王高林;趙文龍;徐殿國(guó);;基于狀態(tài)觀測(cè)器的感應(yīng)電機(jī)速度傳感器故障診斷及容錯(cuò)控制[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年18期

8 許培林;鄧智泉;陳小元;王曉琳;范娜;;開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)位置信號(hào)的故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2011年33期

9 毛宇陽(yáng);鄧智泉;蔡駿;彭晶晶;;基于電流斜率差值法的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)無(wú)位置傳感器技術(shù)[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2011年09期

10 李珍國(guó);李彩紅;闞志忠;張純江;;基于改進(jìn)型簡(jiǎn)化磁鏈法的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)無(wú)位置傳感器速度控制[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2011年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 盧勝利;開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的故障診斷方法研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2889687