缺相容错型六相和三相双绕组悬浮无轴承磁通电机驱动方法技术

本发明专利技术提供一种缺相容错型六相和三相双绕组悬浮无轴承磁通电机驱动方法，电机定子上同时嵌入两套绕组：一套为嵌套在定子磁极上的线圈构成的六相功率绕组，另一套为嵌放在永磁体槽中的三相主悬浮绕组产生转子悬浮需要的主悬浮力。六相功率绕组中同时流过转矩电流和悬浮电流，产生满足负载需要的转矩及转子悬浮需要的补偿悬浮。当功率绕组缺相时，根据缺相前后定子磁动势不变的原则得到功率绕组中的转矩电流给定，再根据缺相后各相绕组电流间的约束条件及悬浮电流产生的铜耗最小的原则得到悬浮电流和零序电流给定，从而实现BFSPMM的缺相容错运行。

【技术实现步骤摘要】
缺相容错型六相和三相双绕组悬浮无轴承磁通电机驱动方法
本专利技术属于电机控制领域，具体涉及一种缺相容错型六相和三相双绕组悬浮无轴承磁通电机驱动方法。
技术介绍
定子永磁型磁通切换电机(FSPMM)把永磁体嵌入定子上，转子为凸极式铁心结构，所以该种电机具有永磁体散热容易、转子适宜高速运行等优点，若把无轴承技术拓展至该种电机上，构建无轴承定子永磁型磁通切换电机(BFSPMM)则会产生巨大的经济社会价值。传统的BFSPMM通常具有三相功率绕组和三相主悬浮绕组两套定子绕组，两套绕组分别产生电机旋转过程中的转矩和悬浮力。但对于该种三相和三相双绕组BFSPMM来说，当功率绕组缺相后，电机无法继续维持稳定的转矩输出。若把传统的双绕组BFSPMM的三相功率绕组拆分为六相，则可以在功率绕组发生故障时实现缺相容错运行，从而极大地提高了BFSPMM的可靠性。
技术实现思路
为解决现有技术的缺陷，本专利技术提出一种功率绕组具有缺相容错型六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法。基于缺相后悬浮电流产生的铜耗最小原则，利用缺相的功率绕组和悬浮绕组互补产生转子悬浮力，从而实现BFSPMM的缺相容错运行。本专利技术采用以下技术方案：一种缺相容错型六相和三相双绕组悬浮无轴承磁通电机驱动方法，其包括以下步骤：步骤S1：根据转子切向旋转控制性能需要，由转子切向旋转控制器输出dq转子同步旋转坐标系中dq轴电流给定值步骤S2：把dq轴电流给定值旋转变换至αβ静止坐标系，得αβ轴电流分量如下：步骤S3：利用T6变换矩阵把六相功率绕组电流iA～iF变换至αβ静止坐标系中得iα、iβ；步骤S4：根据iαiβ以及转子切向位置角θr算出此时的悬浮力系数kxj、kyj，j＝f1、f2、f3、f4，其采用的计算公式如下：其中，kxfj、kyfjj＝f1、f2、f3、f4代表f1、f2、f3、f4轴通1A电流时，其与永磁体配合后产生的x方向、y方向方向悬浮力；kxij、kyiji＝α、β，j＝f1、f2、f3、f4代表f1、f2、f3、f4轴和α、β轴分别通1A电流时产生的x方向、y方向悬浮力；步骤S5：基于最小铜耗原则，根据悬浮力系数kxj、kyj，j＝f2、f3、f4，x、y方向悬浮力给定六相功率绕组电阻Rt以及三相主悬浮绕组电阻Rf计算得到辅助系数λ1、λ2；步骤S6：根据kxj、kyj，j＝f2、f3、f4，Rt，Rf以及λ1、λ2算出最小铜耗原则下的f2、f3、f4轴电流给定值其采用的计算公式如下：步骤S7：令f1、o1、o3轴电流给定值为0，令o2轴电流给定值为利用T9变换矩阵的逆矩阵把变换至自然坐标系中得六相功率绕组电流给定值及三相主悬浮绕组电流给定值步骤S8：将实际六相功率绕组剩余健康相电流iB～iF以及实际三相主悬浮绕组电流ia～ic送给各自的电流控制器，使实际电流跟踪各自的给定值。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术方法同现有的单绕组和双绕组无轴承磁通切换电机驱动方法相比较，具有如下优点：(1)使用两套不同类型定子槽中的绕组，分别产生转子主悬浮力和补偿性悬浮力，实现一定的槽面积下，转子最大悬浮力输出，有效提高了转子悬浮子系统的动态响应性能；(2)实现了功率绕组故障下的电机缺相容错运行，极大地提高了电机驱动系统的可靠性。附图说明图1本专利技术所涉及的六相和三相双绕组无轴承定子永磁型磁通切换电机横截面。图2本专利技术所提的功率绕组具有缺相容错型六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通切换电机驱动控制框图。图3本专利技术的实施例驱动系统硬件结构示意图。图4六相功率绕组基波平面坐标系示意图。图5三相主悬浮绕组基波平面坐标系示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步解释说明。为了避免现有技术的不足，本专利技术提出一种功率绕组具有缺相容错型六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法。电机定子上同时嵌入两套绕组：一套为嵌套在定子磁极上的线圈构成的六相功率绕组，另一套为嵌放在永磁体槽中的三相主悬浮绕组产生转子悬浮需要的主悬浮力。六相功率绕组中同时流过转矩电流和悬浮电流，产生满足负载需要的转矩及转子悬浮需要的补偿悬浮。当功率绕组缺相时，根据缺相前后定子磁动势不变的原则得到功率绕组中的转矩电流给定，再根据缺相后各相绕组电流间的约束条件及悬浮电流产生的铜耗最小的原则得到悬浮电流和零序电流给定，从而实现BFSPMM的缺相容错运行。对应的六相和三相双绕组无轴承定子永磁型磁通切换电机横截面如图1所示。A～F为六相功率绕组，a～c为三相主悬浮绕组。扣除绕组后，电机横截面与通常的定子永磁型磁通切换电机类似，定子也是由12个U型铁芯冲片构成，相邻的两个U型冲片之间夹着一个沿切向充磁的永磁体。该电机存在空间对称的三对绕组：A相和D相绕组空间对称、B相和E相绕组空间对称、C相和F相绕组对称。若绕组中没有悬浮电流流过，则每一对称绕组下方空间对称的气隙磁场(偏置磁场)完全相同，磁场对转子产生的麦克斯韦力等于零；但若绕组中流过悬浮电流后，每一对称绕组下方空间对称的气隙磁场不再相等，其中一个减弱，另一个增强，气隙磁场减弱值等于增加值，对转子产生一个与磁场增强方向同方向的麦克斯韦力。三对绕组分别在空间产生某一方向的麦克斯韦力，最终对转子产生一个合成的悬浮力。另外，a～c悬浮绕组流过悬浮电流后，在空间产生方向互差120度的悬浮力，从而合成出转子悬浮所需要的主悬浮力。本专利技术方法的控制原理框图如图2所示。根据转子切向旋转控制性能需要，由转子切向旋转控制器输出dq转子同步旋转坐标系中dq轴电流给定值把旋转变换至αβ静止坐标系得利用T6变换矩阵把六相功率绕组电流iA～iF变换至αβ静止坐标系中得iα、iβ；根据iα、iβ以及转子切向位置角θr算出此时的悬浮力系数kxj、kyj(j＝f1、f2、f3、f4)；根据x和y方向转子径向偏移量及其给定值，计算对应的转子径向偏移控制误差△x、△y；把△x、△y分别送给x和y方向径向位移控制器，输出x和y方向悬浮力给定值基于最小铜耗原则，根据悬浮力系数kxj、kyj(j＝f2、f3、f4)，x、y方向悬浮力给定六相功率绕组电阻Rt以及三相主悬浮绕组电阻Rf计算得到辅助系数λ1、λ2；根据kxj、kyj(j＝f2、f3、f4)，Rt，Rf以及λ1、λ2算出最小铜耗原则下的f2、f3、f4轴电流给定值令f1、o1、o3轴电流给定值为0，令o2轴电流给定值为利用T9变换矩阵的逆矩阵把变换至自然坐标系中得六相功率绕组电流给定值及三相主悬浮绕组电流给定值再借助于电流控制器实现实际缺相后六相功率绕组剩余健康相电流iB～iF以及实际三相主悬浮绕组电流ia～ic跟踪给定值，从而在功率绕组缺相下实现转子切向旋转同时转子径向悬浮。本专利技术所提功率绕组具有缺相容错型六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动控制方法技术特征在于它依次含有以下步骤：(1)根据转子切向旋转控制性能需要，由转子切向旋转控制器输出dq转子同步旋转坐标系中dq轴电流给定值(2)把dq轴电流给定值旋转变换至αβ静止坐标系，得αβ轴电流分量如下：(3)利用T6变换矩阵把六相功率绕组电流iA～iF变换至αβ静止坐标系中得iα、iβ，其采用的计算公式如下：(4)根据iαiβ以及转子切向位置角θr算出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缺相容错型六相和三相双绕组悬浮无轴承磁通电机驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：根据转子切向旋转控制性能需要，由转子切向旋转控制器输出dq转子同步旋

【技术特征摘要】
1.一种缺相容错型六相和三相双绕组悬浮无轴承磁通电机驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：根据转子切向旋转控制性能需要，由转子切向旋转控制器输出dq转子同步旋转坐标系中dq轴电流给定值步骤S2：把dq轴电流给定值旋转变换至αβ静止坐标系，得αβ轴电流分量如下：步骤S3：利用T6变换矩阵把六相功率绕组电流iA～iF变换至αβ静止坐标系中得iα、iβ；步骤S4：根据iαiβ以及转子切向位置角θr算出此时的悬浮力系数kxj、kyj，j＝f1、f2、f3、f4，其采用的计算公式如下：其中，kxfj、kyfjj＝f1、f2、f3、f4代表f1、f2、f3、f4轴通1A电流时，其与永磁体配合后产生的x方向、y方向方向悬浮力；kxij、kyiji＝α、β，j＝f1、f2、f3、f4代表f1、f2、f3、f4轴和α、β轴分别通1A电流时产生的x方向、y方向悬浮力；步骤S5：基于最小铜耗原则，根据悬浮力系数kxj、kyj，j＝f2、f3、f4，x、y方向悬浮力给定六相功率绕组电阻Rt以及三相主悬浮绕组电阻Rf计算得到辅助系数λ1、λ2；步骤S6：根据kxj、kyj，j＝f2、f3、f4，Rt，Rf以及λ1、λ2算出最小铜耗原则下的f2、f3、f4轴电流给定值其采用的计算公式如下：步骤S7：令f1、o1、o3轴电流给定值为0，令o2轴电流给定值为利用T9变换矩阵的逆矩阵把变换至自然坐标系中得六相功率绕组电流给定值及三相主悬浮绕组电流给定值步骤S8：将实际六相功率绕组剩余健康相电流iB～i...

【专利技术属性】
技术研发人员：周扬忠，陈光团，钟天云，郑梦飞，林碧云，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35