双余度永磁容措马达障碍检测和断定

1、双余度永磁容措马达障碍检测和断定方法探析1 .1选题背景及意义 随着当前社会电气化程度的日益提高，电力作动系统正逐步取代传统的液压、气压系统而获得广泛的应用。电力作动系统的核心是功率逆变器和电机，它们广泛的应用在航空航天、军事、交通运输、核工业、医疗电子等领域。但是，电机及其驱动系统在实际运行中往往会受到电磁、热、机械应力、环境噪声等各种因素的作用而使系统性能逐渐劣化，最终可能导致电力作动系统出现故障。一旦发生故障，即使故障的时间很短，也可能造成巨大的损失，在某些应用领域甚至会造成人员的伤亡，带来严重的后果。因此，对功率逆变器和电机本身进行容错研究就显得非常有必要。所谓容错就是指当系统中一个或

2、者几个部件发生故障时，系统能够将故障进行隔离，然后采取相应措施维持其规定的功能，或者在可接受的性能变换范围内，继续稳定可靠地运行。本文摘自 论文，如需转载，请注明出处.2 稀土永磁材料的发展和应用使永磁电机受到越来越多的关注，永磁电机效率高、体积小、转矩脉动小，应用前景十分广阔。但是永磁电机并不能实现有效的容错控制，一相绕组的故障依然会传递到相邻相。为了避免故障传递，有利于实现容错运行，许多学者对永磁电机结构进行了深入的研究，相继在永磁同步电机的基础上提出了许多新型结构的电机。其中，英国的B.C.Mecrow教授首先提出了永磁容错(FTPM)电机的概念，该电机具有物理隔离、磁隔离、热隔离、电气

3、隔离和大电抗的特点。虽然永磁容错电机具有故障容错能力，但是它并不能避免故障，且一旦出现故障，如不及时诊断识别，仍然可能造成严重的后果。因此必须对永磁容错电机本身的故障进行检测。 逆变器作为电机驱动系统中一个重要组成部分，特别是电压源逆变器，由于其优良的控制性能和简单的拓扑结构被广泛的使用在电机驱动和电源领域。据统计数据显示，工业应用的交流电机调速系统中大约有38%的故障是源于功率半导体开关器件的损坏。功率开关器件通常工作在高频通断状态下，功率开关器件会因开关损耗而发热;开关过程中的duldt, dildt以及过压、过流都可能使功率器件的性能变差，甚至直接损坏开关器件，从而增加其他功率开关器件的

4、电流和电压压力。如不及时诊断并隔离排除故障，将可能使别的功率器件也损坏，从而带来新的故障，造成整个电驱系统完全瘫痪停机，带来巨大的损失。因此对于电机驱动系统而言，诊断逆变器的故障和诊断电机本身的故障一样重要。31. 2永磁容错电机发展概况 自上世纪九十年代开始，国外就开始对永磁容错电机进行研究。1995年，英国Newcastle大学的B.C.Mecrow教授发表了一篇比较永磁容错电机和开关磁阻电机容错性能的文章，使得永磁容错电机受到研究者的关注。这之后，他们设计并制造了四相和六相永磁容错电机1996年，Shfield大学与英国LUCAS航空公司展开合作，致力于研发飞机电力作动系统中使用的永磁容

5、错电机及其控制应用方案。最后设计制造了六相永磁容错电机，并成功应用于某机型上。2002年，Sheffield大学的D.Howe教授提出了适合永磁容错电机的最优转矩控制的方法，但是该方法电机只适合工作在恒转矩区，电机的调速范围受到限制。2003年，他又提出了新的最优转矩控制方法，该方法既适合恒转矩区，也适合恒功率区。这使得容错电机的调速范围大大扩展了，增加了实用价值。4 虽然单一永磁容错电机控制系统的可靠性有很大提高，但是，假如电机控制器发生故障或者供电电源发生故障，单容错电机拖动控制系统将完全失去驱动能力。为了进一步提高电力作动器的可靠性，澳大利亚Adelaide大学的Nesimi博士在200

6、1年提出了双余度永磁容错电机系统的拓扑结构。该电机控制系统将两个相同的永磁容错电机共轴连接，每个电机采用独立的控制器、独立的供电电源和转子位置传感器，因此它们可以独立的工作。即使其中一个容错电机模块完全失效，另一个容错电机模块也能够继续工作，使整个系统不至于完全瘫痪。 国内对永磁容错电机的研究起步较晚，2005年，西北工业大学提出了关于永磁容错电机无故障情况下的控制算法，但未见实验分析的报道。2009年，北京航空航天大学提出了基于四相永磁容错电机的SVPWM控制方案2010年，南京航空航天大学对六相永磁容错电机的设计与控制做了较详细的分析. 5第2章 双余度永磁容错电机系统. 15-34 2.1 永磁容错电机结构. 15-16 2.2 双余度永磁容错电机. 16-18 2.3 永磁容错电机系统. 18-22 2.3.1 永磁容错电驱. 18-20 2.3.2 潜在电气故障. 20-22 2.4 电气故障诊断. 22-33 2.4.1 逆变器开关管. 22-31 2.4.2 绕组开路故障. 31-32 2.4.3 短路故障检测. 32-33 2.5 本章小结. 33-34 第3章 电气故障检测与诊断