多相电机容错控制策略综述

贾少锋,刘紫薇,梁得亮

(1.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,710049,西安;2.西安交通大学电气工程学院,710049,西安)

三相电机广泛应用于各种生产活动。但在极端工况下,三相电机出现缺相故障后,电动机空间中的磁场分布将发生畸变,使电机停转,从而威胁系统安全。相较于三相电机,多相电机绕组相数更多,增加了自由度,因而不需改变逆变器的结构,只需改变控制策略,便可使多相电机在故障条件下安全运行,可见,多相电机的容错性能更佳。此外多相电机具有转矩波动幅值小、低电压下可提供大功率等优点。

多相电机的诸多优点使其广泛应用于航空航天、舰船推进、电力牵引等领域[1-3]。作为电力推动装置中的核心部件,电机的可靠性是执行各类工业任务的前提。在复杂的工况下,电机系统可能会发生故障,需要采取合适的容错控制策略使电机在故障条件下仍能正常运行,这对系统的安全性至关重要。1980年,电机可靠性领域的开拓者Slijka报道了容错控制策略的相关成果[4]。此后,容错控制成为自动控制学术论坛中的关键议题[5]。

电机系统故障类型见图1。可以看出,多相电机驱动系统中常见的故障可大致分为三类:电机绕组故障、功率变换器故障、传感器故障。其中,传感器故障主要包括位置传感器故障、电流传感器故障与电压传感器故障,这些故障可通过维修或者传感器冗余进行解决;电机绕组故障主要包括绕组开路故障、匝间短路故障,其中绕组开路故障较为常见;功率变换器故障是电机系统中最常发生的故障,可分为功率开关管的直通故障和断路故障。……