三相永磁同步电机缺相运行分析.doc

科技创新与应用| 2015年第29期 工业技术三相永磁同步电机缺相运行分析张金辉(河南工业和信息化职业学院，河南 焦作454001)摘 要：文章三相永磁同步电机的缺相运行进行了分析，通过对其越场定向控制的磁勞计算，进而推倒出三相永琏问步电机在 缺相时的磁势和电磁转矩，为后期建立仿真模型，增良电机容错控制能力莫定了理论基础°关键词：三相乳饌同步电机;缺相运行;磁势计算1概述在许多应用场合，驱动系统的故障会导致严重的后果•甚至对 人身安全构成威胁：因此，要求驰动系统在发生故障时仍然能够安 全运行这一问题就显得格外重要在电机推进系统中■最常见的两 种故障类型分别是逆变器故障和电机本体故障逆变器是电机驱动 控制中最重要的部分•对电机进行变频调速实际上就是反复开关逆 变器中的电力电子器件•从而达到控制电机的目的正因为如此•逆 变器成为了驱动系统中工作绘频繁的~个部分，其发生故障的槪率 要髙于其它故障原因◊此外•需要注虑的是，电机绕组可以通入电流 感应磁场■是实现机电能堆转换的主要部件•因此，当绕组发生故障 后也将直接彫响到电机的稳定运行这两种主要故障又可以细分为 多种故障情况•具体如下：电机绕组开路故障;电机绕组短路故障； 逆变器功率开关器件开路故障;逆变器功率开关器件短路故障。

当电机在运行中出现上述故障后.将会出现一系列的不良影 响,这将造成整个电机推进系统可靠性的下降•主要表现为:电机的 平均转矩降低;电机的转矩波动变大;气隙主磁场发生崎变,由于一 相或几相发生故障•原本在空间中呈对称分布的定子线电压和线电 流变为不对称分布;电机损耗增加•从而使得电机效率降低;电机温 升显著提高■对电机内各部分的绝缘层造成破坏文章主要针对三 相永磁同步电动机(PMSM)的缺相运行来展开研究2三相PMSM运用磁场定向控制方法时的磁势计算三相静止坐标系包含的三相PMSM永磁同步电机的磁势向鼠 图如图1可见，已知想要让定子线圈里流过的电流可以在电机内部 达到幅值固定、转速均匀的圆形磁动势，定子线圏流过的电流一定■cos acos(a —27r/3)cos(a 4 2穴/3)-sino—sin(a—2w/3)一 sin(a + 27r/3)奶cos a12*||cos(a-27r/3) g. cos(q + 2it/3)(5)上式中的«为定子A相绕组和交轴q的夹角由磁场定向控制的学说可知，収与d轴重合•三相PMSM定子 绕组产生的定子总磁势所有都在q轴上,d轴和q轴成九十度夹角， 即a=P=90%而且定子总磁势与永磁体磁链彼此影响发出电磁转 矩，采用磁场定向法永磁同步电机d-q坐标系下的磁势图如图2. 电磁转矩的表达式为：Ttm =巧 g 砂/g sin 90。

~^~N,giqg% ⑹3三相PMSM —相开路时磁势与电磁转矩分析如三相PMSM定子线圈其中冇某相开路,那么此开路相里没有 电流流过，即不存在产生磁势的可能•为了便于推倒分析，这里设定 开路相为A其余正常运行相的电流和其产生的磁势如下：得符合下列公式所示：iA = coscufiB = im cos(u»r — 2;r/3) ic =「cos(3f + 2tt / 3).=—cos(u)t — 2开 / 3) ic =.cos(3+ 2加/3)(7)(1)Fb = 0.5NJ. 8s(M - 2?r / 3) cos(0 - 2?r / 3)Fc = 0.5N几 cos(u；z + 2兀 / 3) cos(0 + 2?r / 3)0为各相电流之间相位差•为相邻相在空间上的夹角寻 则总磁势为：4cos(a - 0)十 0.809cos(a + 0) +O・5878sin(a + 0)图1三相静止坐桁系下磁势图 图2两相的特作坐标系下磁势图所以，三相绕组作用于冇效总磁势的分量分别为:匚=0.5NJ. cos u)tg cos 0F. =0・5Ny「cos(M- 2齐/3)gcos(0-2?r/3) (?)Fc = 0.5N ^cosi^t + 2?r / 3)g cos(0 + 2tt /3)im为各相定子电流的幅值,8为相应相的电流的相位差在各自 空间上形成的夹角,Ns是各自有效串联的线圈数■以A相为中点和 气隙附近空间位置形成的电角度为0.三相PMSM定子线圈发出的总磁势在三相稳定运行状态下的 表达式为：FfFa畑 Fc (3)把式(3)运用三角和差公式逬行推倒町得:= 0・,N,4cos(a 一 0) + 0.809cos(a + 0) +(9)这时定子线圈发出的总磁势没有和d轴形成九十度•反而和d 轴相交一 Y角,A相断开时的T.是:TM = E/8^/gsiny '= +®g£g4sin90° +l [2 (10)一 J^0.809sin(90° 一 2u)t)4 U 3耳=1・2504(皿-0)=[1 ・25Nj. co$(uX)]cos 0 + [1 ・25N). sin(u;/)]sin 0 °运用id=0的磁势定向控制方法时，使得id和零序分最全部为 零■可以推得：由Fs公式可以知道这时定子总磁势可以视作为3个分量的集 合,一个反转分址，一个大于3的正转分屋•还有一个是以3运行 的正转分址。

利用隔离硬件故障的办法•可以把电机线圈断线、功率器件接 触不良和短賂等电机驱动系统中频繁出现的故障变换成电机缺相-124—。