PDF《容错逆变器 P》

8215 % ,是驱动系统中最易 发生故障的薄弱环节 [

3 ] .功率变换器一旦发生故 障 ,轻则将造成系统停机影响生产 ,重则造成灾难性 事故.尽管人们为提高调速系统的可靠性而采取降 额设计或使用并联冗余元件等方法 ,但这会使系统 造价过高 ,仅适用于空间条件许可的场合.为改变 这种状况 , 国外已有研究者提出逆变器容错技 术[4-6].容错控制使系统在发生故障的情况下 ,能 够自动补偿故障的影响以维护系统的稳定性和尽可 能恢复系统故障前的性能 ,从而保证系统的运行稳 定可靠 ,是提高系统可靠性和安全性的一个重要 途径. 本文将具有容错功能的逆变器单元与无位置传 感器控制技术相结合 ,提出容错逆变器 - 永磁同步 电动机无位置传感器控制系统结构 ,力图从整体上 提高永磁同步电动机系统的可靠性.

1 容错逆变器 PM SM 无位置传感器 控制系统构成 容错逆变器 - 永磁同步电动机无位置传感器控 制系统结构如图 1所示.逆变器部分采用容错拓扑 结构 ,根据诊断出的故障 ,结合相应的控制策略实现 逆变器的容错.同时 ,无论在正常的三相六开关还 是在故障容错的三相四开关状态下 ,基于滑模观测 器的无位置传感器控制算法都能有效估算出电机的 转子位置和转速 ,实现无位置传感器控制.

2 容错逆变器拓扑及其控制

211 逆变器故障诊断与容错拓扑 容错逆变器拓扑如图

2 ( a)所示.母线串联电 容的中点通过 3个双向晶闸管分别连接到绕组输入 端 ,结构简单 ,需要的功率器件少 ,且无需电机绕组 中性点. 要实现逆变器的容错控制 ,首先应诊断出故障 的位置 ,这里采用电压检测法 [

7 -

8 ] :当功率开关发生 断路故障时 ,逆变器相电压 (图2(a)中a、 b、 c点与 o 点之间的电压 ) 、 电机相电压、 电机线电压或电机中 性点电压与正常工作时相比均有偏差 ,根据这些电 压偏差即可诊断故障位置.根据故障开关位置 (假设a相桥臂故障 ) ,触发相应的双向晶闸管导通 TRa ,将电容中点与 a相绕组短接 ,就构成了三相四 开关逆变器 ,如图

2 (b)所示.

212 三相四开关逆变器的 SVPWM控制 空间矢量脉宽调制 ( space vector pulse width modulation, SVPWM)以三相对称正弦波电压供电时 交流电动机产生的理想圆形磁链轨迹为基准 ,用逆 变器不同的开关模式产生的实际磁通去逼近基准磁 链圆 ,从而达到较高的控制性能 [

9 -

10 ] .传统的六开 关逆变器可提供 6个有效电压矢量和 2个零矢量 , 而四开关逆变器只有 4个开关状态 ,对应 4个基本 电压矢量 ,且没有零矢量.对于图

2 ( b)所示的四 开关逆变器 ,用开关函数 sb、 sc 表示 b、 c两相桥臂功 率开关管的通断状态 : 1代表上管导通 ,下管关断 ;

0 代表上管关断 ,下管导通.三相四开关逆变器的基 本电压矢量如图 3所示 , 4个基本电压矢量 ,将矢量 空间划为 4个扇区.

6 2 电机与控制学报第14卷?1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 电机相电压可以用开关函数表示为 ua = ud

3 (1 - sb - sc ) , ub = ud

3 2sb - sc -

1 2 , uc = ud

3 2sc - sb -

1 2 . (1) 式中 : ua 、 ub、 uc 分别为电机相电压 ;

ud 为直流母线 电压. 定义电压矢量 U 为U=23(ua + aub + a

2 uc ). (2) 利用 Clarke变换 ,得到电压在两相静止 α - β 坐标系下的 2个分量为 u α = ud