摘要
永磁同步电机具有体积小、效率高、转矩波动小、转动惯量低等优点，因此，基于永磁同步电机的电机驱动系统广泛应用于工业设计中的各个领域。逆变器作为电机驱动系统的核心部件，若发生故障，直接影响到整个系统的稳定性，重则导致整个电机驱动系统瘫痪。因此，具有故障诊断和容错运行能力的电机驱动系统越来越受到研究者的重视。本文主要针对逆变器的开路故障，详尽介绍了几种行之有效的故障诊断和容错运行方法。 本文首先介绍分析了基于开关函数模型的故障诊断法和简单直流法，通过仿真实验分别验证了这两种方案存在的固有缺陷——添加额外的电压传感器和负载突变易产生误诊断现象。为了消除以上缺点，提出了基于电流矢量的归一化直流法，将三相电流进行归一化处理，此方法很好地解决了负载突变所带来的影响，但是在实验中发现由于非故障相在故障情况下的偏移导致故障定位不准确，因此需要新的故障诊断策略。 其次，为了消除非故障相电流偏移导致的误诊断现象，以及针对多开关故障的检测，提出了基于电流矢量的多开关故障诊断法，利用绝对值的平均值避免了电流偏移对故障诊断的影响，通过仿真和实验验证了方法的可行性以及对上述缺点的克服。 再次，针对开关存在的时断时续情况并对此种故障进行诊断，提出并分析了基于模糊理论的开关管故障诊断方法，将模糊理论运用至多开关故障诊断法中，实现将开路故障按故障等级进行划分，检测时断时续的故障现象。但是此方法在诊断多开关时断时续故障时会产生误诊断现象。 接着，在检测出逆变器发生开路故障后，提出了一种三相四开关的拓扑结构，将故障相接入母线电容中点处，对电机驱动系统进行容错控制，详细阐述了四扇区SVPWM的生成方式，仿真对比了“四段式”和两种“七段式”SVPWM控制下电机的转矩脉动，并通过实验验证三相四开关容错拓扑的可行性。但是由于算法的限制，三相四开关拓扑母线电压利用率仅为正常情况的一半，带载能力较正常情况差。 最后，针对带中性点的永磁同步电机，提出了三相四桥臂和两相四开关的控制方式，通过理论分析，发现SVPWM生成方式分别与三相六开关生成方式和三相四开关生成方式相同，避免了算法开发上的复杂性。当采用id=0控制方式时，电机两相电流相位相差60°，但这两种拓扑具有明显缺陷——相电流较大，对功率开关性能要求较高。在Simulink中建立了带中性点的永磁同步电机模型，仿真验证了三相四桥臂和两相四开关控制方式的可行性。
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