CN103715964B - 五相交流电动机一相绕组断开容错控制时相电流设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五相交流电动机一相绕组断开容错控制时相电流设定方法，五相交流电机由变频器供电，当一相绕组断相，变频器按本发明方法调整其各相输出电流设定值为剩余的四相绕组通电工作时，定子绕组可以联合产生圆形旋转磁动势，保证电机平稳运行，同时保证定子各相绕组产生的铜耗之和最小。与一相断相后设定剩余四相电流幅值相同的方法相比，本发明电流设定方法铜耗能够降低1.86%。

Description

五相交流电动机一相绕组断开容错控制时相电流设定方法

技术领域

本发明涉及交流电动机容错控制领域，特别涉及一种五相交流电动机一相绕组断开容错控制时相电流设定方法。

背景技术

五相交流电动机因其具备容错运行能力在一些关键或特殊得驱动领域的应用越来越受到关注。目前，五相交流电动机一相绕组断开后容错控制时大多采用其他四相正常绕组通入幅值相同的相电流设定方法。具体设定方法如下。

当由变频器供电五相交流电机正常工作时，定子五相绕组通入对称的五相电流时，五相绕组联合产生圆形旋转磁动势，此时a、b、c、d和e五相电流的表达式为

其中，I_m为各相电流的幅值；ω为电流的角频率；为a相电流的初相角。

当a相绕组断相，变频器调整其各相输出电流设定值，由b、c、d和e剩余的四相绕组通电工作，为了产生相同位置和相同幅值的圆形旋转磁动势，电机平稳运行，同时保证各相电流的幅值相同，则变频器所设定定子b、c、d和e四相电流的表达式应为

同理，当其他任意某一相绕组开路时，可以类推出相对应的剩余四相正常绕组应该通入电流的表达式。

此种电流设定方法是各相电流的幅值相同，各相绕组的铜耗相同，但是总铜耗不是最小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种变频器供电的五相交流电动机一相绕组断开容错控制时的电流设定方法，变频器为剩余的四相绕组重新设定电流输出，产生空间位置、幅值和转速都相同的圆形旋转磁动势，电机平稳运行，而且能够剩余四相绕组工作时总铜耗最小。

本发明五相交流电动机一相绕组断开后容错控制时相电流设定方法所采用的技术方案是：当一台五相交流电机由变频器供电，五相交流电机正常工作时，定子a相、b相、c相、d相和e相五相绕组通入幅值为I_m、角频率为ω、初相角为的五相对称电流时，五相绕组联合产生圆形旋转磁动势；当a相绕组断相，变频器调整a相、b相、c相、d相和e相绕组输出电流设定值，变频器为b相、c相、d相和e相绕组通电工作，为了产生与未断相前空间位置、幅值和转速都相同的圆形旋转磁动势，电机平稳运行，同时保证定子各相绕组产生的铜耗之和最小，则变频器所设定通入五相交流电机定子b相、c相、d相和e相四相绕组的电流表达式如下：

当其它任意某一相绕组开路时，可以类推出相对应的剩余四相正常绕组应该通入电流的表达式。

与一相断相后设定剩余四相电流幅值相同的方法相比，本发明电流设定方法铜耗能够降低1.86％。

附图说明

图1是本发明涉及的五相变频器为五相交流电动机供电的原理示意图。

图2是本发明a相绕组断相后由剩余的b、c、d和e四相绕组通电保证电机平稳运行且定子铜耗最小时各相电流的相量图。

具体实施方式

下面依据具体的理论推导就本发明应该五相交流电动机一相绕组断开后容错控制时的既能够产生相同圆形旋转磁场又能使总铜耗最小的电流设定方法做出详细说明。

由五相变频器为五相交流电动机供电的原理示意图如图1所示。五相交流电机定子a、b、c、d和e五相绕组轴线在空间上依次相差2π/5电角度，由变频器供电，当a、b、c、d和e五相绕组通入表达式为

的对称的五相电流时，五相绕组联合产生圆形旋转磁动势。此时，五相电流的空间矢量为下式形式

当a相绕组断相i'_a＝0，变频器调整其各相输出电流设定值，假设变频器所设定此时定子b、c、d和e四相绕组通入电流的表达式为

其中，I_mb、I_mc、I_md和I_me分别为需要重新设定的b、c、d和e相电流的幅值；δ_b、δ_c、δ_d和δ_e分别为需要重新设定的b、c、d和e相电流的相位角。

为了保证还能够产生相同位置和相同幅值的圆形旋转磁动势，由式(2)可知，此时各相电流应满足的条件为

令式(4)中等号两侧的实部和虚部对应相等，可以得到如下两个等式

由式(5)和式(6)可以看出，i'_b、i'_c、i'_d和i'_e的表达式并不唯一。可以根据不同的要求确定不同的相电流形式。

由于五相交流电机系统中不存在中性线，需要保证各相的电流之和为零。为此可以加上以下限制条件

i'_b+i'_c+i'_d+i'_e＝0(7)

由于在空间上b和e两相绕组的轴线以及c和d两相绕组的轴线分别关于a相绕组的轴线对称，因此，也可以假定在相量图的复平面上b和e两相电流相量以及c和d两相两相电流相量分别关于正常运行时a相两相电流相量所在的那条直线对称。根据假设有

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{mb}=I_{me}=I_{m1}\\ I_{mc}=I_{md}=I_{m2}\\ {\mathrm{\δ}}_b=-{\mathrm{\δ}}_e={\mathrm{\δ}}_1\\ {\mathrm{\δ}}_c=-{\mathrm{\δ}}_d={\mathrm{\δ}}_2\end{array}\right.---\left(8\right)$

于是式(3)可以改写为

而此时剩余四相定子绕组的铜耗为

$p_{cu}=R_s(i_b^{\′2}+i_c^{\′2}+i_d^{\′2}+i_e^{\′2})---\left(10\right)$

其中，p_cu为定子绕组总铜耗；R_s为定子相绕组电阻

如果要求重新设定的剩余四相定子绕组此时的铜耗最小，则求解电机定子铜耗最小问题，转变为这样的数学问题，即转变为式(5)、式(6)和式(7)的约束条件下，求式(10)的最小值。

构造如下与定子铜耗相关联的函数

其中，k₁、k₂和k₃是待定系数。

对式(11)中各个变量取偏导数并使得所求偏导数为零，得到含有七个未知数的七个方程

经过计算机数值求解，可以得到

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{m1}=1.4678I_m\\ I_{m2}=1.2631I_m\\ {\mathrm{\δ}}_1=-0.2244\mathrm{\π}\\ {\mathrm{\δ}}_2=-0.8459\mathrm{\π}\end{array}\right.---\left(12\right)$

将所得的式(12)结果代入(9)，可以得到当a相绕组断相，变频器调整其各相输出电流设定值，由b、c、d和e剩余的四相绕组通电工作，为了产生空间位置、幅值和转速都相同的圆形旋转磁动势，同时保证各相绕组产生的铜耗之和最小，则定子b、c、d和e四相绕组应通入的电流表达式为

此时，通入b、c、d和e剩余的四相绕组的电流相量图如图2所示。

由此可见，电机a相缺相运行时，按式(16)形式设置剩余四相各相的电流，虽然相电流的幅值不相等，但是仍能产生空间位置、幅值和转速都相同的圆形旋转磁动势，电机仍然可以继续平稳运行，而且电机的定子损耗达到最小值，提高了电机的效率。与一相断相后设定剩余四相电流幅值相同的方法相比，本发明电流设定方法铜耗能够降低1.86％。

同理，当其它任意某一相绕组开路时，可以类推出相对应的剩余四相正常绕组应该通入电流的表达式。

Claims (1)

1.一种五相交流电动机一相绕组断开容错控制时相电流设定方法，当一台五相交流电机由变频器供电，五相交流电机正常工作时，定子a相、b相、c相、d相和e相五相绕组通入幅值为I_m、角频率为ω、初相角为的五相对称电流时，五相绕组联合产生圆形旋转磁动势；当a相绕组断相，变频器调整a相、b相、c相、d相和e相绕组输出电流设定值，变频器为b相、c相、d相和e相绕组通电工作，为了产生与未断相前空间位置、幅值和转速都相同的圆形旋转磁动势，电机平稳运行，同时保证定子各相绕组产生的铜耗之和最小，则变频器所设定通入五相交流电机定子b相、c相、d相和e相四相绕组的电流表达式如下：