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內容簡(jiǎn)介：本文首先簡(jiǎn)介了DSPM電機的基本原理及關(guān)系，列舉了DSPM電機常見(jiàn)的故障模式，繼而分別對霍爾信號線(xiàn)及三相線(xiàn)接線(xiàn)故障、霍爾信號本身故障進(jìn)行了詳細的機理分析，得出結論，并通過(guò)故障模擬及工程實(shí)踐結果驗證文中分析結論的正確性及實(shí)用性。

　　自20世紀90年代初美國電機專(zhuān)家Lipo T A提出永磁雙凸極（ Doubly salient permanent mag- net， DSPM ）電機以來(lái)，眾多科技工作者對DSPM電機進(jìn)行了廣泛深入的研究，研究的重點(diǎn)主要集中于電機結構、原理分析，靜態(tài)特性及控制策略等方面。但對DSPM電機電動(dòng)運行中可能出現的故障及其機理研究卻并未涉及。為保證DSPM電機的可靠電動(dòng)運行，通常需要采用霍爾元件來(lái)間接地檢測轉子位置，從而把得到的三相霍爾信號進(jìn)行邏輯變換，獲得電機運行所需的換相信號。三相霍爾信號線(xiàn)P A， P B， P C從電機引出后需要與邏輯電路中對應的端子聯(lián)接。另外，電機的三相繞組一般采用星形接法，公共端為N，另一端分別對應端子A，B， C，并分別與三相橋式變換器的三相橋臂中點(diǎn)相連。但工程師在接線(xiàn)過(guò)程中，可能會(huì )因為疏忽或其他原因，把這些連線(xiàn)接錯，可能出現的錯誤有三相線(xiàn)的順序接錯，或三相霍爾線(xiàn)的順序接錯。此外，霍爾信號自身也可能出現故障，即恒為高電平或低電平，其電平不隨轉子位置變化而變化。出現這些故障后，電機的電動(dòng)運行將受何影響，在現場(chǎng)調試中如何快速地判斷并解決故障成為重要的實(shí)際問(wèn)題。
　　為此，本文首先簡(jiǎn)介了DSPM電機的基本原理及關(guān)系，列舉了DSPM電機常見(jiàn)的故障模式，繼而分別對霍爾信號線(xiàn)及三相線(xiàn)接線(xiàn)故障、霍爾信號本身故障進(jìn)行了詳細的機理分析，得出結論，并通過(guò)故障模擬及工程實(shí)踐結果驗證文中分析結論的正確性及實(shí)用性。
　　1DSPM電機的基本原理永磁雙凸極電機中，定、轉子均為凸極齒槽結構，鐵芯采用硅鋼片疊壓而成，定子上裝有永久磁鋼和集中電樞繞組，轉子上無(wú)繞組。轉子斜槽有一定角度后，三相繞組反電勢逼近正弦電壓，有利于減小齒諧波及其產(chǎn)生的不利于電機運行的轉矩脈動(dòng)，改善電機的運行性能。DSPM電機作為一種交流電機，為了實(shí)現電動(dòng)運行，必須具備兩個(gè)基本條件：（1）要有功率變換器，以控制電流；（2）要有電機轉子位置信號，以使電流跟蹤電勢的變化而變化。
　　12/ 8極DSPM電機采用三相橋式逆變電路供電，工作原理如所示。圖中： V in為輸入電壓；功率場(chǎng)效應管A+～C-組成三相橋式逆變電路， A + ， A-構成a相橋臂，與電機a相繞組相接； B+ ， B-構成b相橋臂，與電機b相繞組相接； C+ ， C-構成c相橋臂，與電機c相繞組相接。各相繞組電流的參考正方
　　向均指向三相公共端N。電機轉子位置檢測器由固定在電機殼體的3個(gè)霍爾位置傳感器和固定在轉子上的8齒鋼盤(pán)構成。轉子旋轉時(shí)位置傳感器（機械制造離不開(kāi)傳感器）P A， P B和P C的輸出信號如所示，每相的信號為180°方波，三相信號互差120°，電機正轉時(shí)，三相位置信號P A， P B和P C及三相反電勢e a， e b， e c的相位關(guān)系如所示。
　　一周期內，三相霍爾位置信號的組合P A -P B - P C只可能有6種，即101， 100， 110， 010， 011和001.
　　其中，“1”代表高電平，“0”代表低電平， P A -P B -P C不會(huì )出現000或111的情況，否則說(shuō)明位置信號有誤。2DSPM電機常見(jiàn)故障模式2. 1接線(xiàn)故障為便于闡述，電機三相線(xiàn)分別以e a， e b， e c表示，三相霍爾信號線(xiàn)分別以P A， P B， P C表示。e a， e b， e c與P A， P B， P C的排列組合共有36種，其中連線(xiàn)完全正確的1種情況為e a， e b， e c與P A， P B， P C一一對應，對應電機正轉。其他可能的錯誤接線(xiàn)情況如下：（ 1）霍爾信號連線(xiàn)接錯、三相線(xiàn)連線(xiàn)正確（ 5種）。三相線(xiàn)順序為e a， e b， e c，三相霍爾線(xiàn)順序變化為：P A， P C， P B；P B， P A， P C；P B， P C， P A；
　　P C， P A， P B； P C， P B， P A；（ 2）三相線(xiàn)連線(xiàn)接錯、霍爾信號連線(xiàn)正確（ 5種）。三相霍爾線(xiàn)順序為P A， P B， P C，三相線(xiàn)順序變化為：e a， e c， e b；e b， e a， e c；e b， e c， e a；e c， e a， e b； e c， e b， e a；（ 3）霍爾信號連線(xiàn)及三相反電勢連線(xiàn)均接錯（ 25種）。P A， P C， P B；P B， P A， P C； P B， P C， P A；P C， P A， P B； P C， P B， P A。的每種錯誤霍爾接線(xiàn)下，三相線(xiàn)均對應5種錯誤接線(xiàn)的情況，即e a， e c， e b； e b， e a， e c； e b， e c， e a；e c， e a， e b； e c， e b， e a。
　　2. 2霍爾信號故障三相霍爾信號P A， P B， P C可能出現以下故障形式：（ 1）一相霍爾故障恒為低電平，如： P A≡0；恒為高電平，如： P A≡1.
　　（2）二相霍爾故障兩相霍爾信號均恒為低電平，如： P A = P B≡0；一相霍爾信號恒為低電平，另一相霍爾信號恒為高電平： P A≡0， P B≡1；兩相霍爾信號均恒為高電平，如： P A = P B≡1.
　　（3）三相霍爾故障三相霍爾信號均恒為低電平，如： P A = P B = P C≡0；二相霍爾信號恒為低電平，另一相霍爾信號恒為高電平： P A = P B≡0， P C≡1；一相霍爾信號恒為低電平，另二相霍爾信號恒為高電平： P A≡0， P B = P C≡1；三相霍爾信號均恒為高電平，如： P A = P B = P C≡1.
　　3霍爾信號線(xiàn)及三相線(xiàn)接線(xiàn)故障e a， e b， e c接線(xiàn)正確， P A， P B， P C接線(xiàn)錯誤，共有5種錯誤可能性。這里以?xún)煞N典型情況說(shuō)明。
　　（1）三相霍爾信號線(xiàn)順序變?yōu)镻 A， P C， P B如所示，一周期內三相霍爾信號的組合順序變?yōu)椋?nbsp;110-100-101-001-011-010，開(kāi)關(guān)管的導通順序變化為： B+ ， C-→A+ ， C-→A+ ， B-→C+ ，
　　A -P C -P B B -→C+ ， A-→B+ ， A-.給出每個(gè)工作區間內電機出力情況分析。< 60°，120°>與< 240°，300°>區間內電機正轉時(shí)的功率大于其他區間內電機反轉時(shí)的功率，而反轉區間數是正轉區間數的兩倍，故正負功率抵消，電機在其靜止位置處抖動(dòng)，但并不旋轉。所示，一周期內三相霍爾信號的組合順序變化為： 110-010-011-001-101-100；開(kāi)關(guān)管的導通順序為： B+ ， C-→B+ ， A-→C+ ， A-→C+ ，B-→A+ ， B-→A + ， C-.給出每個(gè)工作區間內電機出力情況分析。
　　各區間內電機均產(chǎn)生負功率，一相出力，出力減半，電機反轉。因篇幅所限，文中未對所有錯誤接線(xiàn)情況進(jìn)行一一分析，這里只給出分析結論，根據三相霍爾信號為正序或負序進(jìn)行歸類(lèi)。
　　（ 1）三相霍爾信號為正序三相霍爾信號為正序包括： P A -P B -P C， P B -P C - P A和P C -P A -P B。三相反電勢共有以下幾種工作情況：（ a）當三相反電勢為反序時(shí)，包括： e a -e c -e b， e b -e a - e c、e c -e b -e a時(shí)，電機不旋轉。（ b）當三相反電勢為正序時(shí)，電機旋轉，但對應兩種不同情況：當三相霍爾-P C -P A信號與三相反電勢一一對應時(shí)，電機正常正轉；當三相霍爾信號整體超前或滯后三相反電勢120°，電機反轉，出力減半。
　　（2）三相霍爾信號為反序三相霍爾信號為反序包括： P C -P B -P A， P B -P A - P C， P A -P C -P B。三相反電勢共有以下幾種工作情況：（ a）當三相反電勢為正序時(shí)，包括： e a -e b -e c， e b -e c - e a， e c -e a -e b時(shí)，電機不旋轉。（ b）當三相反電勢為反序時(shí)，電機旋轉，但對應兩種不同情況：當三相霍爾信號與三相反電勢一一對應時(shí)，電機正常正轉；當三相霍爾信號整體超前或滯后三相反電勢120°，電機反轉，出力減半。
　　歸納起來(lái)，在電機調整好霍爾位置后，卻把霍爾信號線(xiàn)或/與電機三相線(xiàn)接錯后，可能出現5種工作情況：電機正向旋轉，出力正常；電機正向旋轉，出力減小；電機反向旋轉，出力正常；電機反向旋轉，出力減小；電機不轉。
　　4霍爾信號故障對電機運行的影響分析這里以一相霍爾（ P A）故障，恒為低電平為例，進(jìn)行分析。如所示，一周期內三相霍爾信號的組合順序變化為： 001-000-010-010-011-001，開(kāi)關(guān)管的導通順序為： C+ ， B-→無(wú)開(kāi)關(guān)管ON （D 2， D 3續流，直至b， c相繞組電流減小至零）→B+ ， A -→B+ ， A-→C+ ， A-→C+ ， B-.給出電機出力情況分析。電機初始狀態(tài)不同時(shí)，其工作情況有所差異：電機靜止時(shí)，一相霍爾信號已發(fā)生故障，恒為低電平（ P A≡0）。若電機靜止時(shí)，停在三相霍爾信號均為零的位置上，則電機無(wú)法起動(dòng)旋轉；若電機靜止時(shí)，停在三相霍爾信號非全為零的位置上，則電機可以起動(dòng)旋轉，之后其工作情況與相同。
　　電機在旋轉過(guò)程中，一相霍爾信號突然發(fā)生故障，恒為低電平（ P A≡0）。
　　三相橋式功率變換器中，功率管A + ， C-不再導通了。功率管B+ ， A-的導通時(shí)間增長(cháng)為原來(lái)的1. 5倍。電機出力明顯減小，約為原來(lái)出力的一半。一相霍爾信號恒為低電平（ P A≡0）P B或P C恒為低電平的情況與P A恒為低電平的情況分析類(lèi)似，這里不再贅述。其他故障情況下的分析與上類(lèi)似，類(lèi)推可得結論。一相霍爾信號恒為低電平（ P A≡0）時(shí)電機工作情況分析位置區間P A -P B -P C導通功率管總功率P轉向出力情況< 60°，120°> 000均OFF P= 0靜止2相靜止< 180°，240°> 010 B+ ， A- P = P a + P b > 0正轉1相< 300°，360°> 001 C+ ， B- P = P b + P c > 0正轉1相< 0°，60°> 001 C+ ， B- P = P b + P c > 0正轉1相非靜止< 120°，180°> 101 B+ ， A- P = P a + P b > 0正轉1相< 240°，300°> 011 C+ ， A- P= P a + P c > 0正轉
　　5實(shí)驗模擬及工程驗證為驗證文中分析，分別進(jìn)行了接線(xiàn)故障及霍爾信號自身故障的模擬，測試電機工作情況。其故障模擬方法如下。
　　5. 1三相線(xiàn)接線(xiàn)故障在保持負載一定的情況下，采用所示的實(shí)驗接線(xiàn)圖，保持電機控制器輸入電壓V in不變，DSPM電機的負載為直流電機，通過(guò)比較三相線(xiàn)在不同的接線(xiàn)方式下，控制器輸入電流I in及電機工作狀態(tài)來(lái)判斷。給出三相線(xiàn)各種接線(xiàn)情況下電機工作狀態(tài)分析。給出系統在閉環(huán)控制下工作時(shí)，不同三相接線(xiàn)下的電機相電流波形圖。（a）對應三相線(xiàn)順序正確，電機正轉，三相繞組電流為正序，且正負電流寬度均為120°；（b）對應三相線(xiàn)順序分別超前或滯后三相霍爾120°，電機反轉，三相繞組電流變化為反序，而且因反轉，電機霍爾與反電勢的相位關(guān)系發(fā)生變化，使得電流尾巴偏于繞組；（c）對應三相線(xiàn)反序，因電機出力相互抵消，不能旋轉。實(shí)驗結果與以上分析一致，驗證了文中關(guān)于接線(xiàn)故障機理分析的正確性。
　　5. 2霍爾信號故障通過(guò)把每相霍爾常接低電平或常接高電平，從而模擬一相霍爾出現故障的工作情況。如（a）給出P B≡0故障后的三相電流波形，功率管B+ ， A-不再導通了，功率管A + ， B-的導通時(shí)間增長(cháng)為原來(lái)的1. 5倍；給出P B≡1的三相電流波形，功率管A+ ， B-不再導通了，功率管B+ ， A-的導通時(shí)間增長(cháng)為原來(lái)的1. 5倍。實(shí)驗結果與前機理分析一致，驗證了霍爾信號故障機理的正確性。
　　6結束語(yǔ)本文對DSPM電機常見(jiàn)的故障模式進(jìn)行了研究，分別對霍爾信號線(xiàn)及三相線(xiàn)接線(xiàn)故障、霍爾信號本身故障進(jìn)行了詳實(shí)的機理分析，得出結論，并通過(guò)故障模擬驗證了分析結論的正確性，在電機參與的地面聯(lián)試中遇到的文中所述的故障問(wèn)題時(shí)，均能夠迅速判斷并排故解決，進(jìn)一步說(shuō)明其在工程實(shí)踐中的實(shí)用性。

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