[發明專利]一種五相容錯永磁電機的短路容錯控制方法

有效

• 申請號: 201510059387.2
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104682807B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 趙文祥;張步峰;吉敬華;唐建勛;劉國海;朱紀洪
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電機短路故障容錯控制方法，特別是五相容錯永磁電機的控制方法。適用于航空航天、電動汽車等對電機的可靠性以及連續性有較高要求的場合。

背景技術

隨著電機驅動系統在軍事、工業等領域應用的不斷拓展，對于飛行器、電動汽車等一些可靠性要求較高的場合，穩定可靠的電機驅動系統尤為重要。通過容錯控制來達到系統要求，提高系統可靠性，減少或避免因故障造成的損失成為了保證系統可靠性的關鍵。因此，容錯永磁電機和高可靠性的容錯控制方法受到了廣泛的關注。

國內外學者對具有容錯性能的電機結構已經取得了一些的成果。如圖1所示的20/62極五相容錯永磁電機是一種轉子永磁式電機。相比于傳統的容錯永磁電機，通過在其定子齒部開槽引入調制極，五相單層分數槽集中繞組及容錯齒結構提高了電機的容錯性能。

目前，容錯永磁電機的容錯控制方法的研究多集中于開路故障，而對短路故障的容錯控制算法較少并且計算過程復雜，所以本發明提出了一種新的短路故障的容錯控制方法，極大提高了算法的可操作性以及系統的可靠性和容錯性。

發明內容

本發明的目的是為解決現有五相容錯永磁電機在短路故障運行時的控制問題。克服現有短路容錯技術的缺陷、保證故障前后輸出轉矩相等且降低轉矩脈動、實現驅動系統的高可靠性和容錯性。

本發明采用的技術方案是：當電機發生短路故障時，采用對非故障相電流的控制，使電機帶故障運行。

一種五相容錯永磁電機的短路容錯控制方法，包括如下步驟：

步驟1，建立五相容錯永磁電機模型；

步驟2，用非故障相補償電流對短路故障相正常轉矩缺失進行補償，直接采用開路故障的補償策略；

步驟3，用非故障相補償電流對短路故障相電流造成的脈動磁動勢進行補償，使得合成磁動勢為零，消除短路電流引起的轉矩脈動；

步驟4，將所述步驟2-3的補償電流矢量合成，得到短路故障容錯電流；

步驟5，進行Maxwell短路容錯控制仿真。

進一步，所述步驟2中，設a相為短路故障相，則其補償電流為：

其中，I是電流的幅值，ω是電機電角速度。

進一步，所述步驟3的具體過程為：

步驟3.1，設a相為短路故障相，表示出該相的短路電流為：i_af＝I_fsin(ωt-θ)，其中，I_f是短路電流的幅值，ω是電機的電角速度，θ是短路相反電勢和電流的夾角；

步驟3.2，通過非故障相補償電流表示出短路電流電流引起的磁動勢，令該磁動勢為零，保持短路故障前后磁動勢和不變，消除了短路電流造成的脈動磁動勢；

步驟3.3，由步驟3.1獲得短路電流的幅值以及反電勢和電流的夾角，步驟3.2獲得磁動勢為零時的方程組，根據銅耗最小，設定目標函數，當目標函數取最小值時得到非故障相補償電流。

進一步，所述步驟3.3中，非故障相補償電流可表示為：

進一步，所述步驟4中短路故障容錯電流為：

其中，I是電流的幅值，ω是電機電角速度。

本發明具有以下有益效果：

1)本發明根據電機空載反電勢的具體情況，正常運行時，采用與反電勢波形一致的電流控制方式，當系統發生短路故障，基于銅耗最小原理，保持故障前后磁動勢不變，計算出非故障相的容錯電流公式，對電機進行一相短路容錯控制，使故障與正常運行狀態下輸出轉矩等效，減小轉矩脈動，實現五相容錯永磁電機帶短路故障運行。

2)本發明同樣適用于其他五相以及多相電機驅動控制。

附圖說明

圖1為五相20/62極容錯永磁電機截面圖；

圖2為五相容錯永磁電機短路容錯控制方法流程圖；

圖3為圖1所示電機的反電勢波形圖；

圖4為圖1所示電機的短路電流波形圖；

圖5為圖1所示電機的正常運行狀態電流波形圖；

圖6為圖1所示電機的一相短路故障運行狀態電流波形圖；

圖7為圖1所示電機的一相短路容錯運行狀態電流波形圖；

圖8為圖1所示電機的正常運行狀態轉矩波形圖；

圖9為圖1所示電機的一相短路故障運行狀態轉矩波形圖；

圖10為圖1所示電機的一相短路容錯運行狀態轉矩波形圖。

圖中：1-永磁體；2-外轉子；3-內定子；4-電樞繞組；5-容錯齒；6-調制極；7-電樞齒。

具體實施方式