張金輝
(1.河南理工大學,河南 鄭州,454001;2.河南工業(yè)和信息化職業(yè)學院,河南 鄭州454001)
由于受到電力系統(tǒng)的限制,長期以來交流傳動系統(tǒng)主要集中在單相和三相電機上。近年來,隨著電力電子技術(shù)和微處理器的發(fā)展,電力變換器已經(jīng)擺脫了電力系統(tǒng)中標準三相電流的限制,多相電機驅(qū)動控制技術(shù)領(lǐng)域得到了充分的發(fā)展空間[1]。
本文對4.4KW三相PMSM和4.4KW五相PMSM電流和速度雙閉環(huán)控制的缺相運行情況進行仿真,仿真圖如下圖1所示。仿真參數(shù)的具體設(shè)置如下所述。
三相PMSM參數(shù):定子相電阻R=0.129Ω,電機的電樞電感Lam=1.53mH,電機的永磁磁鏈ψf=0.1821Wb,轉(zhuǎn)動 慣 量J=3.334e-3(kg·m2),電 機 的 摩 擦 因 數(shù)μf=0.000425,極對數(shù)p=4,額定輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)置為7N·m;
PI積 分器:Integral參 數(shù) 為3,Proportional參 數(shù)0.4,Minimum andmaximum outputs參數(shù)為[-150,150];
Fault operation command 1:Time為[0 0.09],Amplitude為[1 0];
Faultoperation command(與斷路器相連):Time為[0 0.06],Amplitude為[1 0]。
五相PMSM參數(shù):定子相電阻R=0.12Ω,電機的電樞電感Lam=1.35e-3mH,電機的永磁磁鏈ψf=0.05Wb,轉(zhuǎn)動慣量J=0.002(kg·m2),電機的摩擦因數(shù)μf=0.02,極對數(shù)p=4,額定輸出轉(zhuǎn)矩設(shè)置為7N·m。[2]
PI積分器:Integral參數(shù)為11,Proportional參數(shù)20,Minimum andmaximum outputs參數(shù)為[-150,150];
Fault operation command:Time為[0 0.09 0.15],Amplitude為[2 1 0];
Faultoperation command(與A相斷路器相連):Time為[0 0.06],Amplitude為[1 0];
Faultoperation command(與B相斷路器相連):Time為[0 0.12],Amplitude為[1 0]。
由上述設(shè)置參數(shù)可知,自仿真起始時間開始,兩臺電機全相正常運行。當仿真時間t=0.06s時,兩臺電機的A相同時故障,電機缺相運行。當仿真時間t=0.12s時,五相PMSM的B相也發(fā)生故障,電機缺相情況更加嚴重。
在上述仿真算法的條件下,運行圖1的模型,可以得到當三相PMSM和五相PMSM缺相運行時,永磁電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的仿真結(jié)果分別如下圖所示:
圖1 三相PMSM和五相PMSM缺相故障仿真運行
圖2 三相PMSM和五相PMSM轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩比較圖
由 圖2可 知,當t=0.06s時,三 相PMSM和 五 相PMSM同時發(fā)生A相故障,但五相PMSM比三相PMSM的調(diào)節(jié)能力強,電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的波形能夠迅速自動恢復穩(wěn)定狀態(tài)。而對于三相PMSM,只有當t=0.09s時,每個控制器的電流參考被用于補償相位缺失之后,電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的波形才可再次達到穩(wěn)定狀態(tài)。當t=0.12s時,五相PMSM的B相開路,缺相情況更加嚴重,這時就不能單靠五相PMSM的自動恢復能力,而需要在t=0.15s時,每個控制器的電流參考被用于補償相位缺失來促進電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩達到穩(wěn)定運行[3]。
三相PMSM和五相PMSM在缺相發(fā)生瞬間,定子側(cè)電流都會存在短暫波動,但最終都趨向于正弦波。此外,需要注意的是,缺相側(cè)的定子相電流變?yōu)?。如三相永磁同步電機A相開路定子電流圖2(a)左圖a)所示,最終A相定子電流為0;五相永磁同步電機A、B相開路定子電流圖2(a)右圖b)所示,最終A、B兩相定子電流都為0。
通過在Matlab中仿真分析可以得出結(jié)論,五相PMSM對比與三相2PMSM,具有更強的容錯控制能力。除此之外,需要著重注意的是,對于三相電機,如果故障發(fā)生在其中一相,只能把母線中性點和電機中性點相連接來保證電機正常運轉(zhuǎn),使得電機旋轉(zhuǎn)磁動勢恒定。而對于五相電機,在一相發(fā)生故障時,可以通過電機自身的自動調(diào)節(jié),來保證電機的正常運行。
[1]Leila Parsa,H.A.Toliyat.Multi-Phase Permanent Magnet Motor Drives.IEEE IASAnnualMeeting.2003:401-408.
[2]ToliyatH.A.Waikar S.P.Lipo T.A.Analysis and simulation of five-phase synchronous reluctance machines including third harmonic of airgap MMF.Industry Applications,IEEE Transactions.1998,2:332-339.
[3]Shuai Lu,Keith Corzine.Multilevel Multi-phase Propulsion Drives.IEEE Electric Ship Technologies Symposium.2005:363-370.