王瑞,赵金,邓歆,刘洋

(华中科技大学 控制科学与工程系,湖北 武汉 430074)

1 引言

三相异步电机变频调速系统以其优越的性能,在工业应用中起着举足轻重的作用。然而,在诸如航空航天,机车牵引甚至核工业等工业应用中,一旦三相电机某一相出现故障,譬如晶闸管开路或短路、接头松动等而不切断该相,将会导致灾难性的后果[1-2]。在这些场合,系统的可靠性和容错能力是一项最重要的指标,研究如何在缺相情况下能够继续单相运行而不至于停车,具有重要的现实意义。文献[3]详细地分析了单绕组电机的特性,指出其带载能力大大低于三相,并给出了相应的开环控制策略。文献[4-5]提出通过注入奇次谐波电流来消除缺相运行下的低频振荡转矩。本文首先运用对称分量法,详细地分析推导了三相电机缺相情况下的电压方程以及转矩方程,指出单相带载能力大大降低,紧接着给出了缺相下的矢量控制策略,最后在物理实验平台上进行了分析验证。

2 电机单相运行稳态分析

假设三相电机绕组为星型连接,无中线,在缺一相后将形成剩余两相绕组串联的单相电机,如图1所示。由于缺相电流为零,此时电机将工作在非对称状态,因此可以运用对称分量法对其进行稳态分析[6],这里只考虑基波分量。

图1 三相电机缺相示意图Fig.1 Schematic diagram of three phase motor in default of one stator phase

现假设A相断开,则相电流ia=0,ib=-ic,对称分量电流为

同样根据电机相电压,对称分量电压为

考虑到A相断开,为了避开感应电压Van,利用式(2)中前两项进行相减有