基于容错逆变器的永磁同步电动机矢量控制
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示。
”
ｕ（ 。Ｓ、 ＝ 。ｄｓ ＋ｃ ６ ５） （ ） Ｓ 、６Ｓ） 专 “（ 。 ｔ ＋ Ｉ Ｓ １
式 中 ， ： 。其 中 ．、 和 ｓ 为 逆变 器 三个 桥臂 Ｏ ｅ ／ ｓ Ｊ、 。ｓ
开关的导通状态变量 。对于 Ａ相桥臂 上管导通下
管断开时，。 １下管导通上管断开时，。 ０ 其它 Ｓ＝ ， ｓ＝ ， 桥臂开关状态变量定义相同。三个二进制变量的不 同取值可以得到六开关三相逆变器六个非零电压矢
图 １ ａ 为本文研究的容错逆变器本体结构 ， （） 由 六个功率开关管 （ １ ｓ 、３ ｓ 、５ Ｓ ） ４个双 向 ｓ 、２ ｓ 、４ ｓ 、６ 、 晶闸管（ Ｒ 、Ｒ 、Ｒ 、Ｒ ）３个快速熔断丝（ ａ Ｔ ａＴ ｂ Ｔ ｃＴ ｎ 、 Ｆ、 Ｆ 、ｃ 、 ｂＦ ）两个“ 劈相” 电容 （ ｃ ） ｃ 、 组成。其中 ｓ 和 ｌ ｓ 构成 Ａ相桥臂 ， ２ ｓ ３和 Ｓ ４构成 Ｂ相桥臂 ，５和 ｓ ｓ ６
构成 Ｃ相 桥臂 。
收稿 日期 ： １ — ６ ３ ２ １０ —０ ０
改稿 日期 ：０ １ ０ — ６ ２ １ — ８ ２
…
蔓焦 ＿ 电 …
…… … …… … …… … … … ……
…
（容 前 错 ）
（ 容 后ｃ 发 故 ） ｂ 错 （相 生 障 ）
届的遵变器电压矢量如表 ２ 所示。
相桥臂短路或开路时 ， 容错控制策略 由检测和诊断 结果迅速隔离逆变器故 障相 （ ｃ相 ） 桥臂 ， 逆变器以
四开关状态运行 ， 故障相定子绕组切换到电容中点 。 此时 ， 过大的电流将熔断丝 Ｆ 烧断 。 ｏ 容错控制发出 指令 ， 停止故障相两个开关 的触发信号同时发 出导
通晶闸管 Ｔ ｃ Ｒ 的触发信号。逆变器 Ａ相和 曰相桥 臂故障处理与以上分析相似。由此， 在逆变器某个
Ｖｅ ｔ ｒ Ｃｏ ｒ ｆＰＭ Ｓ ｏ ｏ ｉ ｅ ｔ ａ Ｆａ ｌ－Ｔｏ ｅ ａ ｔ Ｉ ｅ ｔ ｒ ｃ ０ ｎｔｏｌＯ Ｍ Ｍ ｔ ｒ Ｄｒ ｖ ｓ ｗｉｈ ｕ ｔ ｌｒ ｎ ｎｖ ｒ ｅ Ｌ ／Ｘｉ ｏ ｈ ａ ， ａ －ｃ ｕ ｎ ＷＡＮＧ ， Ｉ Ｙ ｎ－ｌ ｇ Ｌ ａ ｉ ｎ
Ａｂｔ ｃ： ｅｔ ｏｔ ｌ ｏ ｐｒ ａ ｅｔ ｍ ｇｅ ｓｎｈｏ ｏｓｍ ｔ Ｐ Ｍ）ｄｉｅ ｙａｆ ｌ ｔ ｅａｔｉ ｅｔ ａ ｓｒ ｔＶ ｃ ｒ ｎ ｏ ｆ ｅｍ ｎｎ－ ａｎ ｔ ｙｃ ｒ ｕ ｏ ｒ（ ＭＳ ａ ｏ ｃ ｒ ｒ ｎ ｏ ｒ ｄｂ ｕｔ ｏ ｒｎ ｖｒ ｒｗ ｓ ｖ ａ － ｌ ｎ ｅ
能 的 同时也进一 步提 出了系统具 有故 障时 的可持 续
运 行能力 。 目前 ， 于交 流 电机 调速 系统故 障检测 、 对
统容错策略， 并且分别对常规 的直接转矩 和使用空 间矢 量调 制 的直 接 转矩 进 行 了容错 策 略 分 析 ， 出 提
的容错 策 略均能 有效 控制 电机 系统在 故障下 的持 续 运行 并能保 持直 接转 矩控 制优 良的动 态特性 。 本文 由分析 永磁 同步 电动机 数学模 型 和一种 容 错逆 变器 人手 ， 根 据 常 规六 开关 三 相永 磁 同步 电 并 动机 电流 特性 ， 出一 种 永磁 同步 电动 机矢 量 控 制 提 逆变 器容 错运行 策 略 ， 策 略 可 以在 逆 变 器发 生 故 该 障时有效 控制 电机 稳 定运 行 ， 可 以保 持 原 系统 的 并 运 行 特性 。最 后通 过 ＭＡ Ｌ Ｂ仿 真软 件 对 本 文 方 ＴＡ
量和两个零电压矢量 ， 如表 １ 所示。六个 电压矢量
‰
故 障逆 变器 相）
在定子静止坐标系 下的空间分布如图 ２ 所示 。
表１ 三相六开关逆变器的六个基本电压空间矢量
Ｖ（０ ） ｌ １０ （１ １０） （１） ００ （ｌ） ０ １ （Ｏ ） ｏ １ （０ ） １１
值为正常逆变器的 一半。 ２容错控制方案
； 羊 葚
开关故障下 ， 系统具有正常工作的能力。其 中， 向 双
塞 ！ 霎 由以上分析知道， 容错逆变器发生故障时， 萋 当 逆
晶闸管 Ｔ ｎ主要用于电机侧绕组故障处理 ， Ｒ 考虑在 实际应用中逆变器侧故障较为频繁 ， 本文对 电机侧 故障不作讨论。
故障 逆变 器 相） 故Ｉ 苹逆变 器（ 相） Ｃ ：
Ｖ ÷ ｄ ｅ ÷
一 ÷ ｅ ÷ 扣÷ ｅ
图 ２ 正常逆变器和三种容错方 式下 的
在逆变器发生故障时， 容错控制策略由实时故 障检测结果进行故障诊 断， 然后根据故 障诊断结果
逆变器的四个 电压矢量空 间分布
ｄｓ ｕ ｓ ｄ Ｔ ｅ ｏ ｅａ ｉｇ ｐ ｎ ｉ ｌ ｆｔ ｅ ｆｕ ｔ ｏ ｅａ ｔ ｉ ｖ ｒｅ ｓ ａ ａ ｙ ｅ ． ｏ ＭＳ ｗｉ ｏ ｔｔ ｅ ｍｉｄ ｅ ｗｉ ， ｈ ｅ ｉ ｓ ｅ ． ｈ ｐ ｒｔ ｒ ｃ ｐｅ ｏ ｈ ａ ｌ—ｔｌｒ ｎ ｎ ｅ ｔｒ ｗａ ｎ ｌ ｓ ｄ Ｆ ｒ Ｐ Ｍ ｔ ｕ ｈ ｄ ｌ ｒ ｔ ｒ ｅ ｃ ｎ ｉ ｈ ｅ
中 ， 定 子 电压 矢量可 以表示 ： 其
， ，
Ｊ
Ａ寄 ÷ ｅ ｅ 古 相错 ： ｊ Ｊ ０ 扣 ÷
Ｂ容 ÷ 相错 ｅ Ｔ √ ｅ ｊ １ ｅ 相错 ÷ ｅ √ 去 每 古 ｊ 古 ｒ
正常逆变器和三种容错方式下的逆变器的电压 矢量在定子静止坐标系 下 的空间分布如图 ２所
（ ．Ｘ ｎＣ ａｇ ｉｇＴ ｃ ｎｌｇ ｎｉｅｒ ｇＣ ． Ｌｄ ， ｉ ｎ７ ０ １ ， ｈｎ ； １ ｉ ｈ ｎ ｑ ｅｈ ｏ ｙＥ ｇ ｅｉ ｏ ，ｔ． Ｘ １０ ８ Ｃ ｉａ ａ ｎ ｏ ｎ ｎ ａ
２ Ｔ ｅ Ｓ ｖ ｎｈ Ｏｉ Ｐ ｏ ｕ ｔ ｎＰ ａ ｔ Ｈｕ ｎ ｉｎ７ ５ ０ Ｃ ｉａ ． ｈ ｅ ｅ ｔ ｌ ｒｄ ｃｉ ｌｎ ， ａ ｘａ ４ ７ ０． ｈｎ ） ｏ
０ 引 言
随着永 磁 同 步 电 动 机 （ ＭＳ 广 泛 应 用 于 风 Ｐ Ｍ）
成本 ， 而且可 以保 障容错后 的系统运 行稳定 。Ｚ Ａ Ｇ ＨＮ Ｌｎｏｇ６ 究 直接 转矩 控 制 下 的交 流 电机 控 制 系 ａｈｎ ｌ研
机、 水泵 、 数控机床、 船舶推进、 工业机器人以及航空 航天等交流调速应用领域 ， 人们在提高系统控制性
法进 行验 证 。
诊 断及容错 运行 的研 究 已受到人 们 的广泛关 注 。研
究人员不仅对电机 、 逆变器及传感器 的故 障诊断进
行 了深入 研究 ， 同时也 对 调 速 系统 的容错 控 制 策 略 进 行 了大量 的研 究 。ＪｓｎＤ ｄ 研 究 了一 种 容 ａｏ ．Ｅ ｅ 错 永磁 同步 电动机并 针对 其单 相绕组 故 障提 出了最 优 转 矩控 制 策 略 ，ｉ ｅｏＢ ｌ ｎｎ Ｓｌ ｒ ｏｏ ａｉ 针 对 永 磁 同 ｖｉ ｇ
：
由图 ２可 以知道 ， 在逆 变器 正常工 作状 态下 ， 逆
ｉ
进行相应 的故障容错处理。逆变器侧故障主要包括
逆变器开关器件短路和开路故障。例如当逆变器 ｃ
变器发出八个常规电压矢量 ， 中包含两个零矢量， ； 其 其它六个矢量在空间平面上呈 ６ 。 ０ 对称分布。当逆 ： 变器故障后 ， 不同相 的故障后发 出的 电压矢量分布 ； 是不 同的， 四个不同幅值 的电压矢量在空间平面呈 ｉ ９。 ０ 对称分 布 。 四开关 逆变 器 调 制 出 的最 大 电压 幅 ！
触持电棚 ２２ 第 ０ 第１ ０ 年 ４卷 期 １
基
基 于容 错 逆 变 器 的 永磁 同步 电动 机 矢量 控 制
李小川 ， 王 明 ， 李艳玲
（． １西安长庆科技工程有限责任公司 ， 陕西西安 ７ ０ １ ； １０ ８
２ 长庆油 田公 司第七采油厂 ， ． 甘肃环县 ７ ５０ ） ４ ７ ０ 摘 要 ： 究了一种容错逆变器和在该逆变器不 同桥臂故障时 的永磁 同步电动机矢量 控制系统容错 运行策 略。 研 分析 了一种容错逆变器的工作原理 ， 由无 中线引出 的永磁同步电动机 电流 特性分析可 以知道 ， 并 三相定子 电流 之和 等 于零 ， 通过两相定 子电子就 可以实现 电机 的电流控 制。在此基础 上提 出了基于容错 逆变器 的永磁 同步 电动 机矢 量控制 系统容错运行方案 ， 方案 简单 可行 ， 该 并通过仿真实验 验证 了策 略的正确性和有效性 。 关键词 ： 容错逆变器 ； 永磁 同步 电动机 ； 电流控制 中图分 类号 ：Ｍ３ １ Ｔ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ：０４ ７ １ （０ ２ ０ — ０ ６ ０ １０ — ０８ ２ １ ） １ ０ １ — ３
ｔ ｒｖ ＭＳ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ａ ｌ— ｏｅ ａ ｔｉｖ ｒ ｒ Ｓ ｍｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ａ ｉｉ ｎ ｈ ｆ ｃｉ ｉ ｆｔｅ ｓ ａｅ ｙ， ｏ ｄ ｅ Ｐ Ｍ ａ ｅ ｎ ｔ ｅｆ ｕｔ ｔ ｌｒ ｎ ｎ ｅ ｔ ． ｉ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｅ ｖ ｌ ｔ ａ ｄ ｔｅ ａｆ ｔ ｔ ｏ ｔ ｔ ｇ ｉ ｅ ｏ ｓ ｄｙ ｅ ｖｙ ｈ ｒ ｗｈ ｃ ｓｆａ ｉ ｌ ｎ ｉ ｌ． ｉｈ ｉ ｅ ｓｂ ｅ ａ ｄ ｓｍｐ ｅ Ｋｅ ｒ ｓ ｆｕ ｔ ｔｌｒ ｎ ｏ ｖ ｒ ｒ ｐ ｒ ａ ｅ ｔ ｍａ ｎ ｔｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏｏ ； ｕ ｒｎ ｏ ｔ ｌ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌ ｏｅ ａ ｔｃ ｎ ｅｔ ； ｅ ａ — ｅ ｍ ｎ ｎ － ｇ ｅ ｙ ｃ ｒｎ ｕ ｔｒ ｃ ｒｅ ｔ ｎ ｒ ｃ ｏ
１２容错后的四开关三相逆变器 ．
变器拓扑结构由 六开关三相结构切换到四开关三相 ； 露 结构， 机仍然具有持续工作的能力。当逆变器 ｃ ； 电 妻
相开关故障前和故障后 ， 电机三相定子绕组 的 ｃ相 回
电 流可以表示：
表２ 逆变器在三种容错方式下的电压矢量
（ ） ∞ （ｏ ｔ） （ １ １） （１ ｏ）
图 １ 容 错 逆 变 器 容 错 前 和 容 错 后 的 拓 扑结 构
容错 逆变器 如 图 １ ａ 所 示 ， 正 常工 作 期 间 ， （） 在
六个功率开关正常工作 ， 与电机绕组相连接的四个 双 向 晶闸 管处 于关 断状 态 。在 电 机 正 常 运 行 状 态
步电动机驱动控制中逆变器功率器件发生故障时的
一
种四桥臂容错逆变器控制策略 ， 以保证在不 同 可
１容错逆变器结构及其工作原理 Ｊ
１１逆 变器结 构 ．
桥臂故障时电机产生平稳转矩输出。Ｒ Ｌ Ａ Ｒｂｉ ．． ． ｉ — ｅ ｒ 等人 研究 了交流 电机控制 系统逆变器 故障 ｏ
后 ， 过双 向晶 闸管使 逆 变 器 拓扑 结 构 转换 为 四开 通 关 逆变器 ， 化后 的 四开 关 逆 变器 不 增加 系统 硬 件 简
ｐ ａ ｅ ｃ ｒ ｎ ｓ ｃ ｎ ｂ ｏ ｔ ｌ ｄ ｂ ｏ ｔ ｌ ｎ ｗ ｈ ｓ ｕ ｒ ｎ ｓｏ ｅ ｒ ｎ ｏ ｙ Ａ ｅ ｔｒｃ ｎ ｒｌｓ ｈ ｍｅ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｈ ｓ ｕ ｒ ｔ ａ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｃ ｎｒ ｌ ｇ ｔ ｏ ｐ ａ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｆ ｈ ｍ ａ ｄ ｍｌ ． ｖ ｃｏ ｏ ｔ ｃ ｅ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｅ ｏｅ ｏｉ ｔ ｏ
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式 中 ， ： 。其 中 ．、 和 ｓ 为 逆变 器 三个 桥臂 Ｏ ｅ ／ ｓ Ｊ、 。ｓ
开关的导通状态变量 。对于 Ａ相桥臂 上管导通下
管断开时，。 １下管导通上管断开时，。 ０ 其它 Ｓ＝ ， ｓ＝ ， 桥臂开关状态变量定义相同。三个二进制变量的不 同取值可以得到六开关三相逆变器六个非零电压矢
图 １ ａ 为本文研究的容错逆变器本体结构 ， （） 由 六个功率开关管 （ １ ｓ 、３ ｓ 、５ Ｓ ） ４个双 向 ｓ 、２ ｓ 、４ ｓ 、６ 、 晶闸管（ Ｒ 、Ｒ 、Ｒ 、Ｒ ）３个快速熔断丝（ ａ Ｔ ａＴ ｂ Ｔ ｃＴ ｎ 、 Ｆ、 Ｆ 、ｃ 、 ｂＦ ）两个“ 劈相” 电容 （ ｃ ） ｃ 、 组成。其中 ｓ 和 ｌ ｓ 构成 Ａ相桥臂 ， ２ ｓ ３和 Ｓ ４构成 Ｂ相桥臂 ，５和 ｓ ｓ ６
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收稿 日期 ： １ — ６ ３ ２ １０ —０ ０
改稿 日期 ：０ １ ０ — ６ ２ １ — ８ ２
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…… … …… … …… … … … ……
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（容 前 错 ）
（ 容 后ｃ 发 故 ） ｂ 错 （相 生 障 ）
届的遵变器电压矢量如表 ２ 所示。
相桥臂短路或开路时 ， 容错控制策略 由检测和诊断 结果迅速隔离逆变器故 障相 （ ｃ相 ） 桥臂 ， 逆变器以
四开关状态运行 ， 故障相定子绕组切换到电容中点 。 此时 ， 过大的电流将熔断丝 Ｆ 烧断 。 ｏ 容错控制发出 指令 ， 停止故障相两个开关 的触发信号同时发 出导
通晶闸管 Ｔ ｃ Ｒ 的触发信号。逆变器 Ａ相和 曰相桥 臂故障处理与以上分析相似。由此， 在逆变器某个
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Ａｂｔ ｃ： ｅｔ ｏｔ ｌ ｏ ｐｒ ａ ｅｔ ｍ ｇｅ ｓｎｈｏ ｏｓｍ ｔ Ｐ Ｍ）ｄｉｅ ｙａｆ ｌ ｔ ｅａｔｉ ｅｔ ａ ｓｒ ｔＶ ｃ ｒ ｎ ｏ ｆ ｅｍ ｎｎ－ ａｎ ｔ ｙｃ ｒ ｕ ｏ ｒ（ ＭＳ ａ ｏ ｃ ｒ ｒ ｎ ｏ ｒ ｄｂ ｕｔ ｏ ｒｎ ｖｒ ｒｗ ｓ ｖ ａ － ｌ ｎ ｅ
能 的 同时也进一 步提 出了系统具 有故 障时 的可持 续
运 行能力 。 目前 ， 于交 流 电机 调速 系统故 障检测 、 对
统容错策略， 并且分别对常规 的直接转矩 和使用空 间矢 量调 制 的直 接 转矩 进 行 了容错 策 略 分 析 ， 出 提
的容错 策 略均能 有效 控制 电机 系统在 故障下 的持 续 运行 并能保 持直 接转 矩控 制优 良的动 态特性 。 本文 由分析 永磁 同步 电动机 数学模 型 和一种 容 错逆 变器 人手 ， 根 据 常 规六 开关 三 相永 磁 同步 电 并 动机 电流 特性 ， 出一 种 永磁 同步 电动 机矢 量 控 制 提 逆变 器容 错运行 策 略 ， 策 略 可 以在 逆 变 器发 生 故 该 障时有效 控制 电机 稳 定运 行 ， 可 以保 持 原 系统 的 并 运 行 特性 。最 后通 过 ＭＡ Ｌ Ｂ仿 真软 件 对 本 文 方 ＴＡ
量和两个零电压矢量 ， 如表 １ 所示。六个 电压矢量
‰
故 障逆 变器 相）
在定子静止坐标系 下的空间分布如图 ２ 所示 。
表１ 三相六开关逆变器的六个基本电压空间矢量
Ｖ（０ ） ｌ １０ （１ １０） （１） ００ （ｌ） ０ １ （Ｏ ） ｏ １ （０ ） １１
值为正常逆变器的 一半。 ２容错控制方案
； 羊 葚
开关故障下 ， 系统具有正常工作的能力。其 中， 向 双
塞 ！ 霎 由以上分析知道， 容错逆变器发生故障时， 萋 当 逆
晶闸管 Ｔ ｎ主要用于电机侧绕组故障处理 ， Ｒ 考虑在 实际应用中逆变器侧故障较为频繁 ， 本文对 电机侧 故障不作讨论。
故障 逆变 器 相） 故Ｉ 苹逆变 器（ 相） Ｃ ：
Ｖ ÷ ｄ ｅ ÷
一 ÷ ｅ ÷ 扣÷ ｅ
图 ２ 正常逆变器和三种容错方 式下 的
在逆变器发生故障时， 容错控制策略由实时故 障检测结果进行故障诊 断， 然后根据故 障诊断结果
逆变器的四个 电压矢量空 间分布
ｄｓ ｕ ｓ ｄ Ｔ ｅ ｏ ｅａ ｉｇ ｐ ｎ ｉ ｌ ｆｔ ｅ ｆｕ ｔ ｏ ｅａ ｔ ｉ ｖ ｒｅ ｓ ａ ａ ｙ ｅ ． ｏ ＭＳ ｗｉ ｏ ｔｔ ｅ ｍｉｄ ｅ ｗｉ ， ｈ ｅ ｉ ｓ ｅ ． ｈ ｐ ｒｔ ｒ ｃ ｐｅ ｏ ｈ ａ ｌ—ｔｌｒ ｎ ｎ ｅ ｔｒ ｗａ ｎ ｌ ｓ ｄ Ｆ ｒ Ｐ Ｍ ｔ ｕ ｈ ｄ ｌ ｒ ｔ ｒ ｅ ｃ ｎ ｉ ｈ ｅ
中 ， 定 子 电压 矢量可 以表示 ： 其
， ，
Ｊ
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Ｂ容 ÷ 相错 ｅ Ｔ √ ｅ ｊ １ ｅ 相错 ÷ ｅ √ 去 每 古 ｊ 古 ｒ
正常逆变器和三种容错方式下的逆变器的电压 矢量在定子静止坐标系 下 的空间分布如图 ２所
（ ．Ｘ ｎＣ ａｇ ｉｇＴ ｃ ｎｌｇ ｎｉｅｒ ｇＣ ． Ｌｄ ， ｉ ｎ７ ０ １ ， ｈｎ ； １ ｉ ｈ ｎ ｑ ｅｈ ｏ ｙＥ ｇ ｅｉ ｏ ，ｔ． Ｘ １０ ８ Ｃ ｉａ ａ ｎ ｏ ｎ ｎ ａ
２ Ｔ ｅ Ｓ ｖ ｎｈ Ｏｉ Ｐ ｏ ｕ ｔ ｎＰ ａ ｔ Ｈｕ ｎ ｉｎ７ ５ ０ Ｃ ｉａ ． ｈ ｅ ｅ ｔ ｌ ｒｄ ｃｉ ｌｎ ， ａ ｘａ ４ ７ ０． ｈｎ ） ｏ
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诊 断及容错 运行 的研 究 已受到人 们 的广泛关 注 。研
究人员不仅对电机 、 逆变器及传感器 的故 障诊断进
行 了深入 研究 ， 同时也 对 调 速 系统 的容错 控 制 策 略 进 行 了大量 的研 究 。ＪｓｎＤ ｄ 研 究 了一 种 容 ａｏ ．Ｅ ｅ 错 永磁 同步 电动机并 针对 其单 相绕组 故 障提 出了最 优 转 矩控 制 策 略 ，ｉ ｅｏＢ ｌ ｎｎ Ｓｌ ｒ ｏｏ ａｉ 针 对 永 磁 同 ｖｉ ｇ
：
由图 ２可 以知道 ， 在逆 变器 正常工 作状 态下 ， 逆
ｉ
进行相应 的故障容错处理。逆变器侧故障主要包括
逆变器开关器件短路和开路故障。例如当逆变器 ｃ
变器发出八个常规电压矢量 ， 中包含两个零矢量， ； 其 其它六个矢量在空间平面上呈 ６ 。 ０ 对称分布。当逆 ： 变器故障后 ， 不同相 的故障后发 出的 电压矢量分布 ； 是不 同的， 四个不同幅值 的电压矢量在空间平面呈 ｉ ９。 ０ 对称分 布 。 四开关 逆变 器 调 制 出 的最 大 电压 幅 ！
触持电棚 ２２ 第 ０ 第１ ０ 年 ４卷 期 １
基
基 于容 错 逆 变 器 的 永磁 同步 电动 机 矢量 控 制
李小川 ， 王 明 ， 李艳玲
（． １西安长庆科技工程有限责任公司 ， 陕西西安 ７ ０ １ ； １０ ８
２ 长庆油 田公 司第七采油厂 ， ． 甘肃环县 ７ ５０ ） ４ ７ ０ 摘 要 ： 究了一种容错逆变器和在该逆变器不 同桥臂故障时 的永磁 同步电动机矢量 控制系统容错 运行策 略。 研 分析 了一种容错逆变器的工作原理 ， 由无 中线引出 的永磁同步电动机 电流 特性分析可 以知道 ， 并 三相定子 电流 之和 等 于零 ， 通过两相定 子电子就 可以实现 电机 的电流控 制。在此基础 上提 出了基于容错 逆变器 的永磁 同步 电动 机矢 量控制 系统容错运行方案 ， 方案 简单 可行 ， 该 并通过仿真实验 验证 了策 略的正确性和有效性 。 关键词 ： 容错逆变器 ； 永磁 同步 电动机 ； 电流控制 中图分 类号 ：Ｍ３ １ Ｔ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ：０４ ７ １ （０ ２ ０ — ０ ６ ０ １０ — ０８ ２ １ ） １ ０ １ — ３
ｔ ｒｖ ＭＳ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ａ ｌ— ｏｅ ａ ｔｉｖ ｒ ｒ Ｓ ｍｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ａ ｉｉ ｎ ｈ ｆ ｃｉ ｉ ｆｔｅ ｓ ａｅ ｙ， ｏ ｄ ｅ Ｐ Ｍ ａ ｅ ｎ ｔ ｅｆ ｕｔ ｔ ｌｒ ｎ ｎ ｅ ｔ ． ｉ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｅ ｖ ｌ ｔ ａ ｄ ｔｅ ａｆ ｔ ｔ ｏ ｔ ｔ ｇ ｉ ｅ ｏ ｓ ｄｙ ｅ ｖｙ ｈ ｒ ｗｈ ｃ ｓｆａ ｉ ｌ ｎ ｉ ｌ． ｉｈ ｉ ｅ ｓｂ ｅ ａ ｄ ｓｍｐ ｅ Ｋｅ ｒ ｓ ｆｕ ｔ ｔｌｒ ｎ ｏ ｖ ｒ ｒ ｐ ｒ ａ ｅ ｔ ｍａ ｎ ｔｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏｏ ； ｕ ｒｎ ｏ ｔ ｌ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌ ｏｅ ａ ｔｃ ｎ ｅｔ ； ｅ ａ — ｅ ｍ ｎ ｎ － ｇ ｅ ｙ ｃ ｒｎ ｕ ｔｒ ｃ ｒｅ ｔ ｎ ｒ ｃ ｏ
１２容错后的四开关三相逆变器 ．
变器拓扑结构由 六开关三相结构切换到四开关三相 ； 露 结构， 机仍然具有持续工作的能力。当逆变器 ｃ ； 电 妻
相开关故障前和故障后 ， 电机三相定子绕组 的 ｃ相 回
电 流可以表示：
表２ 逆变器在三种容错方式下的电压矢量
（ ） ∞ （ｏ ｔ） （ １ １） （１ ｏ）
图 １ 容 错 逆 变 器 容 错 前 和 容 错 后 的 拓 扑结 构
容错 逆变器 如 图 １ ａ 所 示 ， 正 常工 作 期 间 ， （） 在
六个功率开关正常工作 ， 与电机绕组相连接的四个 双 向 晶闸 管处 于关 断状 态 。在 电 机 正 常 运 行 状 态
步电动机驱动控制中逆变器功率器件发生故障时的
一
种四桥臂容错逆变器控制策略 ， 以保证在不 同 可
１容错逆变器结构及其工作原理 Ｊ
１１逆 变器结 构 ．
桥臂故障时电机产生平稳转矩输出。Ｒ Ｌ Ａ Ｒｂｉ ．． ． ｉ — ｅ ｒ 等人 研究 了交流 电机控制 系统逆变器 故障 ｏ
后 ， 过双 向晶 闸管使 逆 变 器 拓扑 结 构 转换 为 四开 通 关 逆变器 ， 化后 的 四开 关 逆 变器 不 增加 系统 硬 件 简
ｐ ａ ｅ ｃ ｒ ｎ ｓ ｃ ｎ ｂ ｏ ｔ ｌ ｄ ｂ ｏ ｔ ｌ ｎ ｗ ｈ ｓ ｕ ｒ ｎ ｓｏ ｅ ｒ ｎ ｏ ｙ Ａ ｅ ｔｒｃ ｎ ｒｌｓ ｈ ｍｅ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｈ ｓ ｕ ｒ ｔ ａ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｃ ｎｒ ｌ ｇ ｔ ｏ ｐ ａ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｆ ｈ ｍ ａ ｄ ｍｌ ． ｖ ｃｏ ｏ ｔ ｃ ｅ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｅ ｏｅ ｏｉ ｔ ｏ