感应电机定子绕组故障的建模与仿真

在三相感应电机运行的各种故障中,绕组缺相故障的发生率较高.当供电电源一相断开以及定子绕组一相断开时,均将导致三相感应电动机的缺相运行.基于多回路数学模型,对异步电动机定子绕组故障瞬变过程做了数学模型的建立,并运用Matlab/Simulink组件对实验进行仿真.通过加入约束条件以及设定模型参数得出仿真波形图.分析仿真结果,指出定子绕组发生故障后电动机处于的工作状态,可对各种定子绕组的一些常见的故障特征进行进一步的探讨分析.     

基于反电动势法的双绕组永磁容错电机转子位置估计算法研究

针对双绕组永磁容错电机,在反电动势法基础上,提出一种改进的适用于容错电机的转子位置估计算法。利用每相绕组产生的磁链增量及单位反电动势来估算双绕组永磁容错电机转子的位置,通过锁相环技术进行误差补偿,对该方法中使用到的电机参数进行在线辨识,把辨识结果更新到转子位置估计算法中。通过该方法可以在双绕组永磁容错电机正常工作、单相故障或者多相故障容错的情况下,实现对转子位置以及转速的估计。通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证转子位置估算方法的准确性和鲁棒性。     

基于解耦矢量控制的五相永磁同步电机容错控制策略

针对五相永磁同步电机两相开路故障的运行工况,提出了一种基于解耦矢量控制理论的故障容错控制策略.该策略通过在两相开路故障下的同步旋转坐标系内建立电机的数学模型,构造解耦变换矩阵,将电流控制中id和iq轴解耦,达到两相开路故障下容错运行的目的 .仿真结果表明,在五相永磁同步电机两相开路故障下,基于解耦矢量控制理论的故障容错控制策略能够实现电机驱动系统的高品质运行,具有控制简单、转矩波动小、容错能力强等优点.     

开关磁阻调速电动机的运行控制

 开关磁阻调速电动机（SRD）是由双凸极型磁阻电动机、功率逆变器、转子位置检测器、定子绕组电流检测器以及运行控制器等部件组成的系统。它可以看作是大步距角、带位置闭环控制的步进电机的一种发展。 SRD结构如图1（α）所示。为避免磁拉力,定、转子齿数均为偶数。在各定子齿上设有集中绕组,正对两齿上的绕组联成一相。考虑电机出力,结构合理及定子绕组供电频率等因素,一般采用定子齿数比转子齿数多2个的结构。图中是所研制的定子8齿、转子6齿的样机结构（简称为8/6结构）。图1（b）为功率逆变电路。其中C_s为直流电源,T₁～T₄为四相绕组主开关,D₁～D₄为相应的续流二极管。     

多相开路故障下的双三相PMSM统一容错控制策略

多相电机在定子开路故障下具有良好的容错性能,与此相关的设备和控制策略改进方面的研究理论也不断被提出。然而,却少有基于统一模型的适用于多相开路故障的容错控制策略。提出了一种应用于双三相永磁同步电机(PMSM)系统三相或三相以下开路故障的容错控制策略,并获得了良好的电机电力和动态性能。针对发生单相到三相开路故障的PMSM提出了统一数学模型,提取出每种故障下对应电机不对称性的矩阵。通过电压方程,推导出每种故障对应的解耦变换矩阵。为了对相电流中的每种谐波进行无差别抑制,建立了谐波子空间。考虑开路故障相数的增加,提出了用于三相开路的有中性点电流的容错控制策略,达到了降低相电流幅值和提升系统冗余度的目的。最后通过试验和仿真结果,验证了理论分析的正确性。     

电气/机械混合四余度无刷直流力矩电动机绕组短路分析

研究了绕组短路故障对直接驱动作动器(DDA)用电气/机械混合四余度无刷直流力矩电动机(BLDCTM)性能的影响。基于电气/机械混合四余度BLDCTM的数学模型,分析了短路故障对电机电气参数造成的影响,并且建立了绕组匝间短路和相间短路这两种短路形式下的等效电路模型。电机系统的仿真结果表明,本文所采用的低转速电气/机械混合四余度BLDCTM某一相绕组出现匝间短路或某余度的两相绕组出现相间短路时,DDA系统依然可以正常运行。电气/机械混合四余度BLDCTM完全可以克服绕组短路故障的影响,提高了DDA系统的可靠性。     

变频交流发电系统双定子绕组异步发电机短路瞬态分析

航空变频交流电源发电机突然短路是一种常见的故障情况,其瞬变过程值得展开深入研究。针对用于航空变频交流发电系统的双定子绕组异步发电机(DWIG),分析了两套绕组同时发生对称突然短路的情况,运用解析法给出了短路电流的衰减规律,最大短路电流计算公式及到达时刻。研究结果表明,DWIG在短路时定子绕组中将产生两个直流衰减分量和一个旋转衰减分量,分别对应两套定子绕组和转子的影响,其瞬态电抗的形式与带阻尼绕组的同步电机直轴超瞬变电抗类似,并与瞬态电流的峰值成反比关系,分析表明DWIG短路电流的峰值小于同步发电机。所得的结果能够有助于深入理解DWIG的瞬态特性,获得的解析公式有助于对发电机突然短路电流进行估算,辅助发电机电磁设计,可以为发电系统保护单元和控制器的设计提供理论参考。     

双馈异步发电机定转子绕组过热故障监测方法

双馈异步发电机(DFIG)在长期运行中很容易发生定转子绕组过热故障。以绕组温度为研究对象,在分析绕组过热故障成因的基础上,分别从电机热性能和参数辨识两方面进行检测。使用参数辨识法时,首先利用电机电磁数学模型辨识定转子绕组电阻,再根据电阻与温度之间的关系计算定转子温度,从而判断绕组是否过热。最后基于MATLAB软件仿真验证了定转子绕组参数辨识法的正确性,为DFIG诊断绕组过热故障提供理论支撑。     

考虑磁场饱和的双定子永磁同步发电机的磁路模型

双定子永磁同步发电机(DSPMSG)包括内外两个定子和中间的转子,一般的电磁场计算软件计算比较困难。建立DSPMSG的磁路计算模型,利用铁磁材料的磁化特性曲线考虑磁场饱和,并同时考虑内、外两套绕组电枢反应对永磁磁场的影响,可对电机的性能参数进行计算,便于设计变量的及时快速调整。通过对1台3.3 kW样机的磁路计算和有限元计算的比较,证明了该模型的有效性和实用性。     

双定子磁悬浮开关磁阻电机直接转矩与直接悬浮力控制

研究一种双定子磁悬浮开关磁阻电机。该电机采用内-外双定子结构,内定子和外定子上分别设置悬浮力绕组和转矩绕组。在结合拓扑结构说明其运行原理的基础上,针对该电机同时存在转矩脉动和悬浮力脉动过大的问题,提出了直接转矩(DT)与直接悬浮力控制(DSFC)策略。比较了传统方波控制策略与所提控制策略下系统的转矩脉动、悬浮力脉动以及转子径向位移波动。仿真结果表明:DT/DSFC不仅能提高系统动态响应速度,而且有效抑制了转矩和悬浮力脉动,削弱了转子径向抖振,验证了所提控制策略的有效性与优越性。     

定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究

定子绕组匝间短路故障会引起双馈异步发电机气隙磁场的畸变,从而导致电磁转矩的变化,因此电磁转矩可作为故障特征之一。基于能量法分析定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩的变化特征,建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路时的电磁转矩进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到了定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩谐波分量的变化规律,验证了理论分析的正确性。定子绕组匝间短路故障和电磁转矩的关联特征可以作为诊断定子绕组匝间短路故障的依据。     

基于非对称SVPWM的电动汽车五相永磁无刷电机容错控制

针对电动汽车用五相永磁无刷电机单相开路故障,提出了一种基于非对称空间矢量脉宽调制策略的故障容错控制方案。新型故障容错控制的设计分为两个部分,对五相永磁无刷电机驱动系统开路故障下的电压矢量关系进行了分析,然后对空间矢量调制算法进行改进,即在一个扇区中选择构成不对称波形的开关状态作为输出。该非对称空间矢量调制可以降低非故障相的电流谐波和降低转矩脉动。基于试验平台开展了试验研究,试验结果验证了新型容错控制可实现系统故障期间的低转矩脉动,且保持较好的动态性能。     

一种可容错的无刷直流电机驱动控制方法

针对反电势为梯形波的永磁无刷直流电机断路故障,提出了一种可容错的驱动控制方法,利用电流传感器对故障进行检测和定位,对发生的一相断路故障,通过在传统三相全桥驱动电路基础上增加一路半桥,并将电机星型连接点引出与之相连,实现故障状态下的容错驱动。在Simulink中建立正常运行模型和容错运行模型,对所提出的驱动方案进行验证和分析。最后,通过实验证明了该方案的可行性以及理论分析和仿真的正确性。     

面向多旋翼重载无人机均流技术优化研究CSCD

多旋翼重载无人机的应用需要大功率的无刷直流电机为其提供升力。金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等开关器件可以通过并联提供更大的电流容量,以满足大功率的需求。然而,由于杂散电感、器件特性的变化和印制电路板(PCB)布局的不对称等原因,并联开关器件将出现不平衡电流,这可能会对系统造成损坏。为解决此问题,使用Multisim软件搭建仿真电路,测量2个并联MOSFET之间的电流,分析不平衡电流产生的具体原因,并提出了一种采用栅极串联均流电阻联合耦合电感的MOSFET并联电流均衡方法,最后通过仿真和实验验证了该方法的可行性。与串联均流电阻法和耦合电感法相比,此方法能使导通电流保持均衡,更好地提高系统的可靠性。     

航空发动机内置式永磁容错发电系统的研究

针对内置式航空发电系统高功率密度、高可靠性和高输出性能的要求,提出了基于三相四桥臂的航空用永磁容错发电系统。利用永磁容错电机大电感的特点,改进了传统弱磁控制算法,提出了简单高效的直轴电流I_d解析法弱磁控制,通过实时计算弱磁电流给定实现了宽速范围（3倍额定转速）内的恒压发电控制。同时,根据容错电机磁隔离的特点,以保证故障前后电机定子磁场为圆形旋转磁场为前提,结合电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法实现了单相断路或短路故障的容错发电控制。通过MATLAB仿真验证了控制算法的正确性。最后,对一套7.5 kW永磁容错发电系统进行了算法验证实验,验证了I_d解析法弱磁控制和容错控制的可行性,为后续的系统性能测试打下基础。     

功率MOSFET并联主动均流设计与仿真

功率MOSFET并联在低压大电流领域是一种常见而且有效的解决方案。但是,由于MOSFET器件参数、回路寄生参数以及栅极驱动参数的差异性等因素,功率MOSFET器件并联时常常出现电流不均衡现象。通过Multisim 仿真,分析了MOSFET器件参数因素以及外围电路特性对并联支路静态和动态电流的影响;根据法拉第电磁感应定律以及磁通约束原理,采用耦合电感的均流方法,在并联的各支路中串入共磁芯耦合线圈,实现了各并联支路的电流平衡;然后,通过建立耦合电感的电路以及数学模型,揭示了串入耦合电感实现均流的数学原理。最后,通过仿真验证了串入耦合电感实现并联功率MOSFET均流方法的有效性与可行性。     

容错型混合励磁磁通切换电机的模型预测控制

为了提高电机驱动系统的带故障运行性能,实现电机的最小铜耗容错运行,提出一种基于模型预测控制算法的容错型混合励磁磁通切换(FTHEFS)电机容错控制方法。以1台6/13极FTHEFS电机为控制对象,针对电机单相绕组断路故障,基于三相四桥臂逆变器拓扑,分别对模型预测转矩控制和无差拍模型预测磁链控制算法下的最小铜耗容错控制方法进行研究分析,并对所提容错控制方法的可行性和有效性进行验证。研究结果表明:两种控制方法均能使故障前后转矩、转速和定子磁链保持不变,同时降低故障后的电机铜耗,保证系统稳定运行。与模型预测转矩控制相比,无差拍模型预测磁链容错控制能够在降低开关频率的同时减小故障前后的磁链脉动。     

分级式航空电子综合化仿真系统研究

介绍一个分级式航空电子综合化仿真系统。该系统以航空电子综合化工程中一个分系统为仿真目标,由两层双余度1553B总线和MBI(multiplex bus interface)将AVS(Avionics simulator)、SSCU(subsystem control unit)、若干个EQS(equipment simulator)以及部分真实设备连成的三级分布式计算机系统。一个面向实时控制的分布式操作系统和相应的仿真软件分布在三级仿真器中;其中,分布式操作系统实现两级总线的衔接、通信控制、并行多任务管理、错误检测、故障处理和实时内存数据库管理,仿真软件模拟航空电子上层环境、操作员控制与显示、分系统各设备数据产生与接收数据处理以及信息处理应用任务。系统研制成功为工程化实现打下了技术基础并提供了一个实验环境。