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定子永磁型电机是一种新型永磁无刷电机,克服了传统转子永磁型电机的诸多缺点,具有转子结构简单、可靠性高、功率密度高等优点。而模块化磁通切换永磁(M-FSPM)电机作为一种新型结构的定子永磁型电机在保留定子永磁型电机优点的基础上,还兼具容错功能,在一些可靠性要求高的场合具有良好的应用前景。本文以三相12／14极M-FSPM电机为研究对象,分析其结构特点、工作原理,建立数学模型,并针对M-FSPM电机定子绕组内部故障进行深入分析和研究,为该电机可靠性和容错控制技术的进一步研究奠定理论基础,对该类电机在航空航天、军事装备、矿井轧钢等对系统效率和连续运行有较高要求的领域的应用具有十分重要的理论意义和工程实用价值。
本文首先总结了国内外定子永磁型电机的研究状况,并系统地综述了电机故障诊断技术。在分析了三种有代表性的定子永磁型电机优缺点的基础上,提出研究一种新型结构的定子永磁型容错电机及进行故障研究的必要性,接着对M-FSPM电机独特的结构特征进行分析,建立了完整的基于定、转子坐标系的数学模型和基于Matlab／Simulink的仿真模型,证明了矢量控制策略完全适用于M-FSPM电机。
其次对M-FSPM电机定子绕组内部潜在的故障类型如单相开路、单相短路和相间短路故障进行数学建模,并结合相应的参数来模拟故障情况。仿真得到不同故障类型、不同短路匝数比下的定子故障电流、转速、转矩等参量的变化情况,继而分析定子绕组内部故障对相互关联的各个电气量的影响。仿真结果一定程度上反映了M-FSPM电机具有良好的容错性能。
本文选取M-FSPM电机正常及三种故障状态的电磁转矩信号进行小波包分析处理,得到用于故障诊断与识别的故障特征向量样本。采用BP神经网络进行故障诊断,基于故障特征向量样本进行神经网络训练,实现了对M-FSPM电机的故障诊断。
在故障诊断的基础上,提出了基于矢量控制方法的M-FSPM电机容错控制策略,并进行了仿真分析。最后在M-FSPM电机实验平台上,验证了M-FSPM电机容错控制策略的有效性,进一步证明了M-FSPM电机作为一种新型的定子永磁型电机,具有良好的容错性能。