双三相永磁同步电机逆变器IGBT故障诊断与容错控制研究.pdfVIP

摘要

双三相永磁同步电机具有转矩波动小、功率密度高等优点，在电动汽车领

域有着良好的应用前景。电机驱动系统在复杂工况下，功率开关器件容易发生

短路或开路故障，系统工作性能随之受到严重影响，电动汽车安全性降低。本

文对双三相电机驱动系统中的IGBT短路与开路故障诊断方法进行研究，并提

出相应容错控制策略，最终进行仿真验证。

首先，研究双三相电机驱动控制系统数学模型，建立正常状态下的联合仿

真模型。分析IGBT短路故障特征及其影响，提出相应故障诊断与定位方法，

建立IGBT短路故障下的联合仿真模型，对诊断方法进行仿真验证，为后续双

三相电机逆变器IGBT短路故障容错控制研究奠定基础。

其次，针对IGBT局部开路故障，结合实验分析故障特征，总结故障特征

规律，研究故障诊断方法；针对IGBT完全开路故障，结合理论分析及逆变器

的结构总结故障特征，研究故障诊断及定位方法；并对二者分别进行仿真验证，

为双三相电机逆变器IGBT局部开路及完全开路故障诊断的研究工作提供参考

和借鉴。

再次，建立双三相电机逆变器IGBT短路故障联合仿真模型，并进行联合

仿真，结合理论分析故障对电机输出转矩的影响，以提高稳态输出转矩及减小

转矩波动为目标，对IGBT短路故障容错控制策略进行研究，提出基于故障三

相短路的容错控制方法，以及基于正常三相补偿的容错控制方法，从而实现逆

变器IGBT短路故障下的双三相电机的低转速容错运行。

最后，建立双三相电机逆变器IGBT开路故障联合仿真模型，并进行联合

仿真，分析故障对电机输出转矩的影响，以提高稳态输出转矩及减小转矩波动

为目标，对IGBT开路故障容错控制策略进行研究，提出单套绕组容错控制方

法，以及双套绕组容错控制方法，从而提高逆变器IGBT开路故障下的电机输

出转矩，并减小转矩波动。

关键词：双三相；永磁同步电机；逆变器IGBT；故障诊断；容错控制

Abstract

Double-three-phasepermanentmagnetsynchronousmotorhastheadvantagesof

lowtorquefluctuationandhighpowerdensity,andhasagoodapplicationprospect

inthefieldofelectricvehicles.Whenthemotordrivesystemisincomplexworking

condition,thepowerswitchiseasytohaveshortcircuitoropencircuitfault,the

systemperformanceisseriouslyaffected,andthesafetyofelectricvehicleisreduced.

Inthispaper,theIGBTshort-circuitandopen-circuitfaultdiagnosismethodinthe

dualthree-phasemotordrivesystemisstudied,andthecorrespondingfault-tolerant

controlstrategyisproposed.

Firstly,themathematicalmodelofthedouble-three-phasemotordrivecontrol

systemisstudied,andtheco-simulationmodelundernormalconditionisestablished.

ThecharacteristicsandinfluenceofIGBTshort-circuitfaultareanalyzed,andthe

correspondingfaultdiagnosisandlocationmethodsareproposed.Theco-simulation

modelofIGBTshort-ci