[发明专利]用于45°相带角四相永磁同步电机一相绕组开路故障容错控制的电流设定方法

说明书

技术领域

本发明属于电机领域。

背景技术

21世纪以来，随着能源危机和环境污染问题的日益严重，以电动汽车为代表的新能源汽车获得了越来越多的关注。对于电动汽车而言，其电驱动系统的安全性和可靠性至关重要。然而，传统的三相永磁同步电机在电机发生绕组开路或短路故障的时候，电机的输出转矩会发生剧烈变化，甚至于不能工作。四相永磁同步电机由于其相数的冗余，具有良好的容错运行能力，因此，四相永磁同步电机在电动汽车，舰船推进等对电驱动系统可靠性要求较高的场合具有很好的应用潜力。

从电机本体结构上，四相永磁同步电机可分为90°相带角四相永磁同步电机和45°相带角四相永磁同步电机。与90°相带角四相永磁同步电机相比，45°相带角四相永磁同步电机的气隙磁动势谐波含量少、转矩脉动更小。45°相带角四相永磁同步电机的各相电流相位互差45°电角度，正常通电时，各相电流和不为零，故一般需要使用四相全桥或四相六桥臂逆变器进行驱动(如图1和图2所示)。目前，当45°相带角四相永磁同步电机发生一相绕组开路故障的时候，通常是通过逆变器调整剩余相绕组的电流，在绕组总铜耗最小的限制条件下使气隙中能够形成圆形旋转磁场。然而，这种方法会导致剩余三相绕组电流的幅值不相等，虽然电机的铜耗较小，但是电机在一相绕组开路故障下的转矩输出能力减弱，这在实际应用中是不利的。因为电机在故障状态下最重要的是要保证转矩输出能力，而不是要求电机的铜耗最小。

发明内容

本发明目的是为了解决常规45°相带角的四相永磁同步电机在一相绕组开路故障时，电机转矩输出能力弱的问题，提供了一种用于45°相带角四相永磁同步电机一相绕组开路故障容错控制的电流设定方法。

本发明所述用于45°相带角四相永磁同步电机一相绕组开路故障容错控制的电流设定方法，四相永磁同步电机正常工作时，定子绕组的A、B、C和D相通以幅值为I_m、角频率为ω、初相角为各相电流相位互差45°电角度的四相正弦电流I_A、I_B、I_C和I_D，即：

定子绕组在气隙中产生正向圆形旋转磁场；

当其中任意一相绕组发生开路故障时，所述开路故障容错控制的电流设定方法为：

当D相绕组开路时，通过调整A、B、C相绕组的电流设定，以维持定子绕组在气隙中依然产生正向圆形旋转磁场，来保证电机的平稳运行；调整A、B、C相绕组的电流按如下表达式进行工作：

式中：I'_A为调整后A相电流，I'_B为调整后B相电流，I'_C为调整后C相电流，I'_m为调整后其余相绕组的电流幅值；

当C相绕组开路时，通过调整A、B、D相的电流设定，以维持定子绕组在气隙中依然产生正向圆形旋转磁场，来保证电机的平稳运行；调整A、B、D相绕组的电流按如下表达式进行工作：

式中：I'_D为调整后D相电流；

当B相绕组开路时，通过调整A、C、D相的电流设定，以维持定子绕组在气隙中依然产生正向圆形旋转磁场，来保证电机的平稳运行；调整A、C、D相绕组的电流按如下表达式进行工作：

当A相绕组开路时，通过调整其他B、C、D相的电流设定，以维持定子绕组在气隙中依然产生正向圆形旋转磁场，来保证电机的平稳运行；调整B、C、D相绕组的电流按如下表达式进行工作：

本发明的优点：本发明公开一种用于45°相带角四相永磁同步电机一相绕组开路故障容错控制的电流设定方法，与传统的45°相带角四相永磁同步电机一相绕组开路故障的容错控制相比，本发明的电流设定方法可以显著提高电机在故障后的转矩输出能力，具体表现在：在不增加电流激励幅值的前提下，45°相带角四相永磁同步电机在一相开路情况下可以输出更大的转矩。

附图说明

图1是四相全桥逆变器拓扑示意图；

图2是四相六桥臂逆变器拓扑示意图；

图3是45°相带角四相永磁同步电机的绕组空间示意图；

图4是本发明D相绕组开路后由剩余的A、B、C相三相绕组通电保证电机输出平滑转矩的各相电流的向量图；