梅柏杉，胡　蘇，馮江波，劉東洋，高　寧，孟悅?cè)?上海電力學(xué)院自動(dòng)化工程學(xué)院，上?！?00090)

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九相感應(yīng)電機(jī)容錯(cuò)控制技術(shù)研究

梅柏杉，胡蘇，馮江波，劉東洋，高寧，孟悅?cè)?br/>(上海電力學(xué)院自動(dòng)化工程學(xué)院，上海200090)

摘要:以九相感應(yīng)電機(jī)為研究對(duì)象，研究了定子一相繞組或多相繞組開路時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。為抑制電機(jī)在定子繞組開路時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提出一種新的控制策略。該策略通過修正常規(guī)矢量控制系統(tǒng)中的變換矩陣和電感參數(shù)，構(gòu)成了多種斷相組合(最多斷開七相)狀況下都適用的控制系統(tǒng)。分別以一相和兩相定子繞組斷開為例，在MATLAB/Simulink中進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明，提出的控制策略能有效抑制因九相電機(jī)定子繞組開路而造成的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，且具有通用性。

關(guān)鍵詞:九相感應(yīng)電機(jī);繞組開路;矢量控制;轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

胡蘇(1989—)，男，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槎嘞嚯姍C(jī)的設(shè)計(jì)與控制技術(shù)。

0　引言

在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，高可靠性的交流調(diào)速系統(tǒng)一直是人們最熱切追求的目標(biāo)。為提高系統(tǒng)的可靠性，已提出了諸多辦法，如采用高可靠性的器件和材料、器件降額設(shè)計(jì)、硬件的冗余設(shè)計(jì)。在不提高系統(tǒng)硬件成本情況下，通過軟件控制來(lái)提高系統(tǒng)可靠性以及系統(tǒng)故障運(yùn)行性能的方法已越來(lái)越受人們關(guān)注。因此，容錯(cuò)控制(fault tolerance)應(yīng)運(yùn)而生，成為電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的新興研究方向。

交流調(diào)速系統(tǒng)中的強(qiáng)電故障主要可以分為電機(jī)本體故障和功率變換器故障，每一種故障按形式又可以分為短路和開路故障。通過硬件封鎖隔離等處理，這些故障都可以轉(zhuǎn)化為電機(jī)的缺相運(yùn)行。本文主要研究在電壓源型逆變器供電下九相電機(jī)缺相運(yùn)行的情況。

多相電機(jī)的容錯(cuò)運(yùn)行控制旨在故障后獲得平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩輸出。傳統(tǒng)的控制方法一般是修正故障后的剩余各相電流，使之合成圓形的磁動(dòng)勢(shì)［1-4］，但這種方法需求解復(fù)雜的方程組，運(yùn)算量大，開關(guān)頻率不固定，且一般都采用滯環(huán)電流調(diào)節(jié)器。因而，本文提出一種無(wú)需求解方程組，且具有良好容錯(cuò)控制效果的控制策略。

1　坐標(biāo)變換矩陣

由于對(duì)自然坐標(biāo)系下具有非線性和相互耦合數(shù)學(xué)方程式的電機(jī)加以控制比較困難，所以引入兩個(gè)坐標(biāo)變換矩陣得到解耦的模型，將模型變換到兩個(gè)相互解耦的子空間，即α-β空間和z空間。其中前者僅表達(dá)了電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換特性，而后者只與電機(jī)的損耗有關(guān)。

將電機(jī)的a軸與α-β空間的α軸重合，則九相電機(jī)定子a，b，c，…，i相電流相位角分別為φ1=0，φ2=2π/9，…，φ9=16π/9。給出向量［α0］和［β0］如下:

式中，符號(hào)c和s分別代表函數(shù)cos和sin(下同)。φ0是為了使得［α0］和［β0］向量正交而需計(jì)算的值，即

式(3)中的φk為除去斷開相后剩余相的電流相位角。例如:假定a相斷開，則k =2，…，9，由式(3)計(jì)算得出φ0= 0。然后分別去掉向量［α0］和［β0］的第一個(gè)分量(a相繞組所對(duì)應(yīng)的分量)，可得到a相斷開時(shí)的向量［α］和［β］如下:

由上述可知，僅在α-β空間發(fā)生電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，即可認(rèn)為九相電機(jī)剩余八相定子電流產(chǎn)生的定子磁動(dòng)勢(shì)等效于α和β軸上電流產(chǎn)生的定子磁動(dòng)勢(shì)［5］。因此，有如下表達(dá)式:

其中:

上述［α］和［β］向量構(gòu)成了矩陣［Tc］，‖x‖代表向量x的歐氏范數(shù)。

z空間則由N－2個(gè)分別與［α］和［β］向量正交且兩兩正交的基向量構(gòu)成。當(dāng)N =8時(shí)，z空間由6個(gè)向量構(gòu)成，可定義為z1，z2，…，z6。上述的z向量可構(gòu)成矩陣［Tz］。z1～z6向量可由MATLAB中的null命令方便求得。即:

因而，定子側(cè)的轉(zhuǎn)換矩陣可表示為

其中isαβ用來(lái)控制電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程，而isz僅與電機(jī)的損耗相關(guān)，應(yīng)在施加控制時(shí)使其指令值為零以保證損耗最小。

根據(jù)以上分析，當(dāng)九相電機(jī)a相繞組開路時(shí)，可得定子側(cè)變換矩陣［T8］為

以定子電流的變換為例，有:

如果定子繞組斷開不止一相，則需要在向量［α0］和［β0］中去掉斷開相所對(duì)應(yīng)的分量，重新計(jì)算φ0，從而得到向量［α］和［β］。

2　缺相狀態(tài)下的電機(jī)模型

為了討論方便，以一相繞組斷開為例。假設(shè)九相電機(jī)A相繞組斷開，則斷相后的電機(jī)方程必然不能再用原來(lái)的正常方程，故需重新建立其方程組。在自然坐標(biāo)系下討論問題不方便，將之變換到α-β坐標(biāo)系下，則有定子電壓方程:

轉(zhuǎn)子電壓方程:

式中:ωr——轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)電角速度;

ψsα、ψsβ，ψrα、ψrβ——定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的α、β軸分量。

相關(guān)電感參數(shù)為

其中:‖α0‖=‖β0‖=;‖α‖=;‖β‖=。

上述式子由T8變換。經(jīng)變換后的電機(jī)方程，除了α-β空間外，還有z空間的表達(dá)式，具體如下:

由式(19)可看出，z空間下的電壓方程中與電機(jī)相關(guān)的參數(shù)僅有定子電阻和定子漏感，與變換矩陣無(wú)關(guān)。這表明，z空間僅與電機(jī)的損耗相關(guān)，而不參與電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。

此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為

式中: pn——九相感應(yīng)電機(jī)的極對(duì)數(shù)。

運(yùn)動(dòng)方程為

式中: J——傳動(dòng)系統(tǒng)折算到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量; B——等效摩擦因數(shù)。

3　缺相時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩分析

眾所周知，電機(jī)在缺相狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，進(jìn)而引起電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。接下來(lái)分析電機(jī)缺相狀態(tài)下電磁轉(zhuǎn)矩的正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。由式(13)～(17)聯(lián)立可得出轉(zhuǎn)子磁鏈的表達(dá)式如下:

其中:τr= Lr/Rr。

現(xiàn)在作如下假設(shè):

式中: Iα和Iβ都是固定值，ωs為電源角頻率。

在此認(rèn)為穩(wěn)態(tài)后ωr也為固定值。雖然實(shí)際情況并非如此，因?yàn)殡姍C(jī)缺相后引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)將會(huì)使得轉(zhuǎn)速也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，但由于電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦等因素的影響，轉(zhuǎn)速的波動(dòng)幅度要遠(yuǎn)小于電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅度。因此，可近似認(rèn)為轉(zhuǎn)速也是恒定的。下面將會(huì)說(shuō)明這樣的假設(shè)是合理的。

將式(23)中的isα和isβ代入式(22)，可以得出正弦穩(wěn)態(tài)下，轉(zhuǎn)子磁鏈α軸和β軸分量的表達(dá)式，即:

將式(23)和式(24)代入式(20)中，可得出電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為

由式(25)可知，在缺相時(shí)，九相感應(yīng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以表達(dá)為一個(gè)直流分量和脈動(dòng)分量的疊加，且脈動(dòng)分量的頻率為電源頻率的兩倍，其幅值正比于表達(dá)式，由此將造成轉(zhuǎn)速也同樣出現(xiàn)脈動(dòng)。

4　控制原理與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由式(27)可見，九相感應(yīng)電機(jī)缺相狀態(tài)下出現(xiàn)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的幅值正比于M2αI2α－M2

βI2β。

若式(28)成立，即使得電機(jī)變換到α-β坐標(biāo)系下的模型中α軸電流有效值Iα與β軸電流有效值Iβ之間滿足如下比例關(guān)系式:

那么，即可消除電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，從而使得九相電機(jī)即使定子繞組A相斷開依然能夠繼續(xù)輸出平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

由式(18)可知:

即可消除九相感應(yīng)電機(jī)因A相斷開而造成的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

需要指出，在交流感應(yīng)電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)中，α軸和β軸的參考電流一般是由同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的M軸和T軸電流經(jīng)坐標(biāo)變換得到的。M-T軸系變換到α-β軸系的坐標(biāo)變換矩陣為

但這是正常無(wú)故障運(yùn)行狀態(tài)下的變換矩陣。在故障條件下，顯然此變換不再適用，需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)修改。

在控制系統(tǒng)中，令

其中:

式(34)中的kα和kβ滿足式(31)的要求，即有

由式(34)和式(35)可以看出，修改后的旋轉(zhuǎn)變換矩陣中有兩個(gè)變量(kα和kβ)，但只有式(35)一個(gè)方程。因此，還需要找出一個(gè)這兩個(gè)變量須滿足的條件，才能與式(35)構(gòu)成方程組，從而求解出kα和kβ的具體數(shù)值。令kαkβ=1，可得

這樣矩陣P(θM)就成為

由電機(jī)的現(xiàn)代控制理論可知，磁場(chǎng)定向是矢量控制系統(tǒng)中至為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此，實(shí)現(xiàn)非平衡狀態(tài)下的磁場(chǎng)定向?qū)τ谙到y(tǒng)顯得尤為重要［6-7］。

定子繞組缺相時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組依然是對(duì)稱的。因此，可將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的M軸定向于轉(zhuǎn)子磁鏈方向。將修正后的矩陣P (θM)－1應(yīng)用于式(12)～(17)及式(20)中的定子變量，轉(zhuǎn)子側(cè)變量坐標(biāo)仍應(yīng)用常規(guī)的變換矩陣。通過變換，將α-β坐標(biāo)系下的方程變到M-T同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，得到缺相狀態(tài)下九相感應(yīng)電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的方程為

由上述分析可見，通過繞組等效變換，已將一臺(tái)定子側(cè)繞組不平衡的九相電機(jī)等效成為一臺(tái)定、轉(zhuǎn)子側(cè)繞組均平衡的電機(jī)。

由式(40)，取M軸方向與轉(zhuǎn)子磁鏈方向一致，則轉(zhuǎn)子磁鏈在T軸方向上的分量為0，得

將式(42)代入式(39)和式(41)，得

圖1　A相斷開狀況下修正的矢量控制系統(tǒng)框圖

式(44)、(45)中的Tr= Lr/Rr，表示轉(zhuǎn)子的時(shí)間常數(shù)。式(44)表明，此時(shí)轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流的勵(lì)磁分量isM產(chǎn)生，與定子電流的轉(zhuǎn)矩分量不再相關(guān)。式(45)表明，只要轉(zhuǎn)子磁鏈ψr保持恒定，電磁轉(zhuǎn)矩僅與定子電流的轉(zhuǎn)矩分量isT相關(guān)。因此，非平衡狀態(tài)下的九相感應(yīng)電機(jī)在以同步速旋轉(zhuǎn)的M-T坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量的解耦。即可通過繞組變換構(gòu)成非平衡狀態(tài)下的矢量控制系統(tǒng)［8］。

常規(guī)的矢量控制系統(tǒng)的構(gòu)建所依據(jù)的三個(gè)主要方程為

比較式(43)、(45)、(46)、(48)可知，兩組方程中只有一個(gè)系數(shù)的差別。即將常規(guī)矢量控制系統(tǒng)方程中的互感系數(shù)Lm替換為，即可構(gòu)成修正的矢量控制系統(tǒng)方程［9-10］。

根據(jù)上文中的分析，構(gòu)建了一種修正的用于九相感應(yīng)電機(jī)非平衡狀態(tài)下的矢量控制系統(tǒng)［4］，以A相斷開為例，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

5　仿真結(jié)果分析

為驗(yàn)證本文提出的九相感應(yīng)電機(jī)非平衡狀態(tài)下控制策略的有效性，基于圖1在MATLAB/ Simulink中構(gòu)建了完整的控制系統(tǒng)模型。為了更好地模擬實(shí)際情形和更清晰地說(shuō)明問題，本文在仿真中將電機(jī)平衡與非平衡狀態(tài)下的模型融合在一個(gè)模塊中，通過一個(gè)切換開關(guān)可實(shí)現(xiàn)兩者之間任意時(shí)刻的切換。仿真過程設(shè)置:先使用九相感應(yīng)電機(jī)平衡狀態(tài)模型，施加常規(guī)的矢量控制策略于其上，使電機(jī)空載起動(dòng)，一段時(shí)間后，切換到非平衡狀態(tài)下的模型，但控制策略不改變;以此模擬實(shí)際應(yīng)用時(shí)電機(jī)運(yùn)行過程中突然斷相的情形;而后某一時(shí)刻突加額定負(fù)載，以檢驗(yàn)電機(jī)斷相后常規(guī)控制策略的不足之處，同時(shí)也為了與切換控制策略后的效果作對(duì)比;最后切換到前文提出的經(jīng)過修正后的矢量控制策略。

為了驗(yàn)證本文提出的控制策略的通用性及方便對(duì)比，分別以A相斷開和A、B兩相都斷開為例進(jìn)行建模仿真。

設(shè)定電機(jī)參數(shù)如下:額定功率15 kW，額定相電壓252 V，額定轉(zhuǎn)速980 r/min，電機(jī)極對(duì)數(shù)為3，額定負(fù)載150 N·m，定子電阻Rs=0.864 2 Ω，轉(zhuǎn)子電阻Rr= 0.451 8 Ω，電子漏感Lls= 0.006 6 H，轉(zhuǎn)子漏感Llr= 0.006 6 H，定轉(zhuǎn)子互感Lms= 0.06 H。

5.1一相斷開仿真結(jié)果及分析

系統(tǒng)仿真時(shí)間設(shè)定為2 s，起初采用平衡狀態(tài)下的九相電機(jī)模型，對(duì)其施加常規(guī)矢量控制策略空載起動(dòng)，0.2 s時(shí)切換到缺A相時(shí)的電機(jī)模型。0.4 s突加150 N·m額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，1.2 s時(shí)切換到修正后的矢量控制策略。整個(gè)過程中九相感應(yīng)電機(jī)定子電流、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化圖分別如圖2～4所示。

圖2　定子A相繞組斷開情形定子電流變化圖

圖2(b)為0.2 s時(shí)A相定子繞組斷開前后定子相電流局部放大圖。從圖2(b)中可看出，A相繞組斷開前，電機(jī)處于平衡狀態(tài)，加上常規(guī)的矢量控制策略后已處于穩(wěn)定狀態(tài)，九相定子電流幅值相等，各相之間相位差為2π/9。A相斷開，電機(jī)模型切換為非平衡狀態(tài)下缺A相時(shí)的模型，此時(shí)定子A相電流變?yōu)?，剩余8相電流幅值和相位均發(fā)生變化，有些相電流幅值增大，有些變化不大。各相電流不再平衡。從圖3(b)和圖4(b)中也可看出，A相斷開前電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也都處于穩(wěn)態(tài)。轉(zhuǎn)矩約為8 N·m，且相對(duì)較為平滑。轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為980 r/min的額定轉(zhuǎn)速。在0.2 s時(shí)，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波形均出現(xiàn)了尖峰，這是由于電機(jī)模型切換時(shí)仿真軟件的數(shù)值計(jì)算初值造成的，可予以忽略。切換后，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了小幅波動(dòng)，但由于是空載，波動(dòng)均不大。尤其是轉(zhuǎn)速，由圖4(a)可見，轉(zhuǎn)速基本保持穩(wěn)定。這說(shuō)明九相感應(yīng)電機(jī)空載時(shí)斷開A相繞組對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行并不會(huì)有很大影響。

0.4s時(shí)，給已經(jīng)斷開一相的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)突加額定負(fù)載。由圖2(c)可見，盡管各相之間不再對(duì)稱，定子電流幅值仍迅速增大。由圖3(c)和圖4(c)也可看出，突加負(fù)載后，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了下降，且穩(wěn)定之后轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均出現(xiàn)了二倍頻率的波動(dòng)。這與理論分析結(jié)果相符。同時(shí)也可看出，由于A相斷開，施加了常規(guī)矢量控制策略的控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能均變差，實(shí)際應(yīng)用中必定不能滿足要求，需要改變控制策略。

圖3　定子A相繞組斷開情形電磁轉(zhuǎn)矩變化圖

1.2s時(shí)切換為前文提出的修正矢量控制策略，圖3(d)展示了切換前后電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的變化情況。由圖3(d)中可見，轉(zhuǎn)矩由切換控制策略前約20 N·m幅值、100 Hz頻率的波動(dòng)改變?yōu)樯舷虏▌?dòng)不足4 N·m的平滑轉(zhuǎn)矩輸出。由圖4(d)轉(zhuǎn)速變化圖也可看出，九相電機(jī)的轉(zhuǎn)速也由約3 r/ min的波動(dòng)變得不再波動(dòng)，且轉(zhuǎn)速還有約7 r/min的提升。由此表明了施加修正的矢量控制策略后，系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能都得到了提升。圖2(d)展示了切換前后電機(jī)定子電流的變化情況。這個(gè)過程充分證明了采用本文所提出的修正矢量控制策略能夠有效消除九相電機(jī)非平衡狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，提高了系統(tǒng)的性能。

圖4　定子A相繞組斷開情形電機(jī)轉(zhuǎn)速變化圖

5.2兩相斷開仿真結(jié)果及分析

A、B兩相定子繞組都斷開，仿真時(shí)間設(shè)為2 s，先采用平衡狀態(tài)下模型。0.2 s時(shí)切換為缺A、B兩相時(shí)的九相電機(jī)模型。兩相斷開時(shí)，九相感應(yīng)電機(jī)定子電流、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化圖分別如圖5～7所示。

圖5　定子A、B兩相斷開情形定子電流變化圖

同僅A相斷開相同，0.2 s前電機(jī)模型采用平衡狀態(tài)下模型，系統(tǒng)運(yùn)行良好。0.2 s時(shí)為了模擬A、B兩相繞組都突然斷開的實(shí)際情形，將電機(jī)模型切換為缺A、B兩相的模型。由圖5(b)可見，由于z空間電流的影響，定子剩余7相電流變得更不規(guī)則，不對(duì)稱程度較僅斷開一相時(shí)增大。這直接導(dǎo)致電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)也較僅斷開一相時(shí)增大。從圖6(b)中可看出，盡管處于空載狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)幅值就達(dá)到約15 N·m。由圖7 (b)也可看出電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)也比僅斷開一相時(shí)有所增大。

圖6　定子A、B兩相斷開情形電磁轉(zhuǎn)矩變化圖

0.4s時(shí)加上額定負(fù)載，則定子電流和電磁轉(zhuǎn)矩瞬間增大。定子相電流中幅值最大的達(dá)到了25 A，與圖2(c)相比較可看出，定子電流幅值較僅斷開一相時(shí)增大了且不對(duì)稱程度也變大了。由于此時(shí)缺兩相后的電機(jī)依然采用的是常規(guī)矢量控制策略，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能很差，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的幅值約為100 N·m，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速脈動(dòng)幅值也達(dá)到了10 r/min。由于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能變差，轉(zhuǎn)速還有繼續(xù)下降的趨勢(shì)，如圖7(c)所示。

通過對(duì)比圖3和圖6，可見A、B兩相都斷開比僅斷開A相的所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)都增大了。這說(shuō)明前者所造成的后果要比后者嚴(yán)重很多。

圖7　定子A、B兩相斷開情形電機(jī)轉(zhuǎn)速變化圖

1.2s時(shí)切換為修正的矢量控制策略，由圖5(d)可見，施加修正后的控制策略后，定子剩余7相電流重新變得規(guī)則起來(lái)，電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)也得到了抑制，由常規(guī)控制策略穩(wěn)態(tài)后接近110 N·m變得幾乎無(wú)波動(dòng)，如圖6(d)所示。從圖7(d)也可看出，轉(zhuǎn)速波動(dòng)也得到了消除，且轉(zhuǎn)速獲得了較大提升，穩(wěn)態(tài)后其數(shù)值約為975 r/min，接近恢復(fù)原來(lái)的轉(zhuǎn)速。

通過仿真結(jié)果的對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文所提出的修正矢量控制策略的有效性和通用性，即能夠?qū)畔喔袘?yīng)電機(jī)任意一相或幾相(至多為7 相)繞組斷開后依然適用，且均能消除因斷相而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，大幅提升控制系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，取得了預(yù)期的效果。

6　結(jié)語(yǔ)

為了消除九相感應(yīng)電機(jī)非平衡狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，本文從缺相模型穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式出發(fā)，經(jīng)過等效變換，提出了一種修正的矢量控制策略。該策略通過修正常規(guī)矢量控制系統(tǒng)中的變換矩陣和電感參數(shù)，即可構(gòu)成多種斷相組合(最多斷開7相)狀況下都適用的控制系統(tǒng)。分別以一相和兩相定子繞組斷開為例，在MATLAB/ Simulink中進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明:本文提出的控制策略能有效平抑九相電機(jī)非平衡狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，大幅提升控制系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，且具有通用性。仿真驗(yàn)證了此控制策略的有效性。

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Research on Fault Tolerant Control Technology for Nine Phase Induction Motor

MEI Baishan，HU Su，F(xiàn)ENG Jiangbo，LIU Dongyang，GAO Ning，MENG Yueran
(College of Automation Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China)

Abstract:A nine phase induction motor was researched and the operation conditions of the system was analyzed when single or multiphase winding of the stator was open.In order to prevent the ripple of motor torque when stator winding was open，a new control strategy was proposed.The new strategy formed a control system applicable to multiple open phase combinations (at most seven) conditions through correcting the conventional vector control system's two transformation matrix and an inductance parameters.Disconnected single phase and two phase stator windings were taken as examples and simulated in MATLAB/Simulink.Simulation results showed that the proposed control strategy could effectively reduce the torque ripple caused by the open circuit of nine phase motor stator winding，and was versatile.

Key words:nine phase induction motor; open-circuit winding; vector control; torque pulsation

收稿日期:2015-09-06

作者簡(jiǎn)介:梅柏杉(1957—)，男，教授，研究方向?yàn)殡姍C(jī)及其控制、風(fēng)力發(fā)電中的變流技術(shù)等。

中圖分類號(hào):TM 301.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1673-6540(2016) 03-0059-09