本发明是一种永磁同步电机定子绕组不对称故障的矢量控制方法，发明属于电机驱动与控制领域。
背景技术：
近年来，永磁同步电机具有高转矩密度、高效率、高可靠性等优势，已在在动车、高铁、航空航天等大功率等高性能应用场合得到了广泛运用。永磁同步电机工作时，具有复杂的机电能量转换过程，在长期运行中，受负载工况和运行环境的影响，某些部件会逐渐失效或损坏。其中，定子绕组不对称故障是很常见故障之一。在定子绕组不对称故障发生的情况下，铜损耗将会使定子绕组以及电机内部温度升高，这对电机的安全性以及电机的寿命都带来极大的威胁，特别针对大功率电机。因此，在不影响电机系统工作情况下，需要采取一定的措施来降低铜损耗，从而降低定子绕组温度。就目前而言，大部分的容错控制都针对于变换器或定子绕组开路故障，而针对定子绕组不对称故障，目前都是关于定子绕组不对称故障诊断，还未见到有文献报道定子绕组不对称故障的控制。
技术实现要素：
本发明目的是为了针对定子绕组不对称故障，提供一种永磁同步电机定子绕组故障的矢量控制方法，使得当永磁同步电机发生定子绕组不对称故障时，电机的铜损耗降低，避免电机因温度过高而引起的进一步损坏，提高了电机系统的带故障运行能力。
本发明采用的技术方案为：一种永磁同步电机定子绕组不对称故障的矢量控制方法，包括如下步骤：
(1)利用转速pi调节器获得交轴电流参考值；
(2)在已知定子绕组不对称故障发生的故障相以及故障程度情况下，根据定子绕组铜损耗最小的约束条件，得到直轴电流参考值与交轴电流参考值的关系；
(3)通过变换得到三相永磁同步电机三相电流的参考值，将其与实测的相电流进行比较，再将比较结果输入到滞环比较器得到pwm信号去控制变换器，进而实现永磁同步电机控制。
作为优选，所述步骤(1)具体为：将转速参考值ω*与实际转速ω的差值en输入转速pi控制器，根据式(1)获得交轴电流参考值iq为
式中：kp和ki分别为转速pi调节器的比例增益和积分增益。
作为优选，所述步骤(2)具体为：假设定子绕组不对称故障发生在a相，那么永磁同步电机定子绕组的电压方程在abc坐标系下表示为
式中：ua，ub和uc为三相定子电压，ia，ib和ic为三相定子电流，l是定子绕组自感，m是定子绕组互感，rs是永磁同步电机正常时的定子绕组电阻，radd_a是定子绕组不对称故障发生在a相的附加电阻，λpm,a，λpm,b和λpm,c是三相定子绕组的磁链。
永磁同步电机在故障情况下的铜损耗的表达式为：
已知三相abc静止坐标系和dq两相旋转坐标系之间的电流有如下的变换关系：
根据式(4)可得
将式(5)带入式(3)可得
根据式(6)，要想得到永磁同步电机在定子绕组不对称故障情况下的最小铜损耗，只要dpcu/did＝0成立，即可求得最小铜损耗控制时id的参考值：
式中：id和iq分别是直轴和交轴电流参考值，rs是永磁同步电机正常时的定子绕组电阻，radd_a是定子绕组不对称故障发生在a相的附加电阻，θ是转子电角度。
根据式(7)所得到的就是使可控损耗最小的直轴电流，可以看出，id与iq密切相关。因此，在控制系统中根据iq的值实时地调整id的大小。
有益效果：本发明提供的一种永磁同步电机定子绕组故障的矢量控制方法，能够克服现有控制方法的不足。本发明能使电机在发生定子绕组不对称故障时，电机的铜损耗减小，进而使电机内部温度降低，避免电机因热度过高而损坏。本发明简单、易于实现。
附图说明
图1为永磁同步电机定子绕组不对称故障的矢量控制框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种永磁同步电机定子绕组故障的矢量控制方法，包括如下步骤：
(1)利用转速pi调节器获得交轴电流参考值；
将转速参考值ω*与实际转速ω的差值en输入转速pi控制器，根据式(1)获得交轴电流参考值iq为
式中：kp和ki分别为转速pi调节器的比例增益和积分增益。
(2)在已知定子绕组不对称故障发生的故障相以及故障程度情况下，根据定子绕组铜损耗最小的约束条件，得到直轴电流参考值与交轴电流参考值的关系；
假设定子绕组不对称故障发生在a相，那么永磁同步电机定子绕组的电压方程在abc坐标系下表示为
式中：ua，ub和uc为三相定子电压，ia，ib和ic为三相定子电流，l是定子绕组自感，m是定子绕组互感，rs是永磁同步电机正常时的定子绕组电阻，radd_a是定子绕组不对称故障发生在a相的附加电阻，λpm,a，λpm,b和λpm,c是三相定子绕组的磁链。
永磁同步电机在故障情况下的铜损耗的表达式为：
已知三相abc静止坐标系和dq两相旋转坐标系之间的电流有如下的变换关系：
根据式(4)可得
将式(5)带入式(3)可得
根据式(6)，要想得到永磁同步电机在定子绕组不对称故障情况下的最小铜损耗，只要dpcu/did＝0成立，即可求得最小铜损耗控制时id的参考值：
式中：id和iq分别是直轴和交轴电流参考值，rs是永磁同步电机正常时的定子绕组电阻，radd_a是定子绕组不对称故障发生在a相的附加电阻，θ是转子电角度。
根据式(7)所得到的就是使可控损耗最小的直轴电流，可以看出，id与iq密切相关。因此，在控制系统中根据iq的值实时地调整id的大小。
(3)通过变换得到三相永磁同步电机三相电流的参考值，将其与实测的相电流进行比较，再将比较结果输入到滞环比较器得到pwm信号去控制变换器，进而实现永磁同步电机控制。
本发明能使电机在发生定子绕组不对称故障时，电机的铜损耗减小，进而使电机内部温度降低。本发明提出的方法计算量小、易于实现、准确度高、是一种能够有效提高永磁同步电机安全和可靠性的故障诊断方法。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。