[发明专利]一种五相容错永磁电机的短路容错控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机短路故障容错控制方法，特别是五相容错永磁电机的控制方法。适用于航空航天、电动汽车等对电机的可靠性以及连续性有较高要求的场合。

背景技术

随着电机驱动系统在军事、工业等领域应用的不断拓展，对于飞行器、电动汽车等一些可靠性要求较高的场合，稳定可靠的电机驱动系统尤为重要。通过容错控制来达到系统要求，提高系统可靠性，减少或避免因故障造成的损失成为了保证系统可靠性的关键。因此，容错永磁电机和高可靠性的容错控制方法受到了广泛的关注。

国内外学者对具有容错性能的电机结构已经取得了一些的成果。如图1所示的20/62极五相容错永磁电机是一种转子永磁式电机。相比于传统的容错永磁电机，通过在其定子齿部开槽引入调制极，五相单层分数槽集中绕组及容错齿结构提高了电机的容错性能。

目前，容错永磁电机的容错控制方法的研究多集中于开路故障，而对短路故障的容错控制算法较少并且计算过程复杂，所以本发明提出了一种新的短路故障的容错控制方法，极大提高了算法的可操作性以及系统的可靠性和容错性。

发明内容

本发明的目的是为解决现有五相容错永磁电机在短路故障运行时的控制问题。克服现有短路容错技术的缺陷、保证故障前后输出转矩相等且降低转矩脉动、实现驱动系统的高可靠性和容错性。

本发明采用的技术方案是：当电机发生短路故障时，采用对非故障相电流的控制，使电机带故障运行。

一种五相容错永磁电机的短路容错控制方法，包括如下步骤：

步骤1，建立五相容错永磁电机模型；

步骤2，用非故障相补偿电流对短路故障相正常转矩缺失进行补偿，直接采用开路故障的补偿策略；

步骤3，用非故障相补偿电流对短路故障相电流造成的脉动磁动势进行补偿，使得合成磁动势为零，消除短路电流引起的转矩脉动；

步骤4，将所述步骤2-3的补偿电流矢量合成，得到短路故障容错电流；

步骤5，进行Maxwell短路容错控制仿真。

进一步，所述步骤2中，设a相为短路故障相，则其补偿电流为：

其中，I是电流的幅值，ω是电机电角速度。

进一步，所述步骤3的具体过程为：

步骤3.1，设a相为短路故障相，表示出该相的短路电流为：i_af＝I_fsin(ωt-θ)，其中，I_f是短路电流的幅值，ω是电机的电角速度，θ是短路相反电势和电流的夹角；

步骤3.2，通过非故障相补偿电流表示出短路电流电流引起的磁动势，令该磁动势为零，保持短路故障前后磁动势和不变，消除了短路电流造成的脉动磁动势；

步骤3.3，由步骤3.1获得短路电流的幅值以及反电势和电流的夹角，步骤3.2获得磁动势为零时的方程组，根据铜耗最小，设定目标函数，当目标函数取最小值时得到非故障相补偿电流。

进一步，所述步骤3.3中，非故障相补偿电流可表示为：

进一步，所述步骤4中短路故障容错电流为：

其中，I是电流的幅值，ω是电机电角速度。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明根据电机空载反电势的具体情况，正常运行时，采用与反电势波形一致的电流控制方式，当系统发生短路故障，基于铜耗最小原理，保持故障前后磁动势不变，计算出非故障相的容错电流公式，对电机进行一相短路容错控制，使故障与正常运行状态下输出转矩等效，减小转矩脉动，实现五相容错永磁电机带短路故障运行。

2)本发明同样适用于其他五相以及多相电机驱动控制。

附图说明

图1为五相20/62极容错永磁电机截面图；

图2为五相容错永磁电机短路容错控制方法流程图；

图3为图1所示电机的反电势波形图；

图4为图1所示电机的短路电流波形图；

图5为图1所示电机的正常运行状态电流波形图；

图6为图1所示电机的一相短路故障运行状态电流波形图；

图7为图1所示电机的一相短路容错运行状态电流波形图；

图8为图1所示电机的正常运行状态转矩波形图；

图9为图1所示电机的一相短路故障运行状态转矩波形图；

图10为图1所示电机的一相短路容错运行状态转矩波形图。

图中：1-永磁体；2-外转子；3-内定子；4-电枢绕组；5-容错齿；6-调制极；7-电枢齿。

具体实施方式