高性能感应电机直接转矩控制与状态监测的研究

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1、摘要感应电机以其结构简单、价格低廉、可靠性高、维护方便而在工农业中取得了广泛应用。随着现代工业系统的飞速发展，对感应电机调速系统的性能以及运行时的状态监测和故障诊断提出了更高的要求。本文基于异步感应电机提出了一种高性能感应电机直接转矩控制性能的方法；通过状态监测手段实现了一种感应电机定子绕组匝间短路和转子断条故障诊断的新方法，所有方法通过了实验的验证，不仅具有较高的理论意义，还具有非常高的工程实用价值。主要包括如下几个方面；针对传统异步电机直接转矩控制系统速度外环采用常规PI调节器其速度控制精度不高，以及直接

2、转矩控制在低速运行时存在较大的转矩脉动问题，引入了模糊逻辑思想，在常规PI调节器的基础上，根据速度误差和速度误差的变化率建立了一个模糊速度PI调节器，在线调整PI调节器的比例系数k羽积分系数kI，使系统能够适应转速的各种变化，增强了系统速度调节的自适应能力；把异步电动机模型的磁链相位角、磁链误差和转矩误差作为模糊变量，并对其进行合理的模糊分级，来优化电压空间矢量的选择，来减小转矩脉动．在基于DSP的实验装置上验证了该速度调节器的性能，实验结果表明该方法不仅能够保证速度响应快、超调小，且速度稳态精度较高，提高了

3、速度控制的性能，而且能够有效地减小低速度时的转矩脉动，另外也改善了定予磁链的观测精度，提高了整个直接转矩控制系统的鲁棒性，为改善异步电机的直接转矩控制性能，提供个一种切实可行的智能控制方法。‘针对感应电机定子绕组匝间短路故障，提出了一种基于特征阻抗的故障诊断方法。通过改进的同步速坐标变换和Hilbcft变换有效分离出电压和电流的基波正负序分量，用于电机的阻抗矩阵计算。考虑到电机运行中的负荷波动，供电电源不平衡，以及电机本身的不对称等因素，将阻抗矩阵中具有良好的灵敏度和可靠性的％作为定子绕组匝间短路故障的特征量

4、，并得出了特征阻抗的幅值与匝问短路故障的关系。对应于不同的输入功率，设置了相应的故障诊断阈值和故障严重程度因子。在一台4kw的感应电机上进行了一系列的实验，实验结果证明该方法不受供电电源不平衡和负荷波动的影响，能有效的诊断出定子绕组匝间短路故障。在感应电机转子故障诊断中同步坐标变换需要精确检测供电电源的频率，为避免频率检测误差对故障诊断的影响，论文提出了一种基于，Q(activepowerPandreactivepowerQ)变换的转子断条故障诊断新方法。利用电机的端电压，构造PQ变换矩阵，然后将电机端电流变

5、换到PQ平面，实现转子故障特征的可靠抽取。论文重点解决了感应电机转子故障诊断中的两个关键问题：一是如何定义独立于负载等级及惯量大小的故障严重因子；二是转子故障与负荷波动的区分。论文给出了一种新的独立于负载等级及惯量大小的故障严重因子定义，以及可靠区分转子故障与负荷波动的方法，实验结果证明了方法的有效性。关键词；感应电机；直接转矩控制：模糊控制；故障诊断；定子绕组匝问短路：转子断条故障：Hilbcrt变换；PQ变换；故障严重程度因子；ⅡABSTRACTInductionmotorsarewidelyusedin

6、theindustriaIandagriculturalproductionbecauseofitssimplestructure．10wprice．highreliabilityandconvenientmaintenance．WiththerapiddevelopmentofthemodemindustriaIsystem．thecapacityofinductionmotorvariable．frequencyvariable—speedisimproved．theonlinecapacityofcon

7、ditionmonitoringandfaultdiagnosisisdemandedhighly．OnthebasisofconventionaIDirecttorquecontrol∞TC)，ahighperformancemethodisproposed．ThestatorwindingInter-tornsherrcircuitandrotorbrokenbarfaultdiagnosismethodarerealizedbytheconditionmonitoring．A11theproposedm

8、ethodshavebeendemonstratedbysonicexperiments。whichindicatenotonlythesuperiortheoreticalsignificancebutalsothehigIlengineeringpracticalvalue．AIIabovearcdiseussedfollow：Toreducetraditionaldirecttorquecon