一种五相永磁电机的短路容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种五相永磁电机的短路容错控制方法，包括如下步骤：建立五相容错永磁电机模型；当电机的某一相发生短路故障时，由于短路电流的存在，短路相会产生一个和正常情况下不同的但频率和相位都可以确定的转矩脉动，通过改变其他正常相电流的相位，使所有正常相都能产生一个和短路相相同频率和相位的转矩脉动；再改变其他正常相电流的幅值，使各相所转产生的矩脉动矢量和为零，同时还必须满足最终合成的平均转矩与正常情况下相等；再进行仿真分析。本发明专利技术根据电机空载反电势的具体情况，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型的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。
技术介绍
随着电机驱动系统在军事、工业等各个领域应用的不断拓展，对于电动汽车、飞行器等一些要求高可靠性的场合，稳定可靠的电机驱动系统就变得尤其的重要。通过容错控制来提高系统的可靠性，减少甚至避免由于故障而造成损失成为了保证系统可靠性的关键。因此，容错永磁电机和简单有效的可靠性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极的五相容错永磁电机是一种转子永磁型电机。相比于传统的容错永磁电机，通过在其定子的齿部开槽来引入调制极，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，所以本专利技术提出了一种新的简单的短路故障的容错控制方法，在极大地减小算法复杂度的同时还保证了系统的可靠性和容错性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了简化现有五相容错永磁电机在短路故障运行时的控制算法，方便控制的实现。本专利技术采用的技术方案是：当电机发生短路故障时，采用对正常相电流的控制，使电机带故障运行。一种新型的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，当电机的某一相发生短路故障时，由于短路电流的存在，会改变正常情况下采用滞环控制策略(id＝0)时该相正常给定电流与该相电反势之间的相位关系。此时根据功率守恒原理可以知道短路相会产生一个和正常情况下不同的但频率和相位都可以确定的转矩脉动，然后可以通过改变其他正常相电流的相位，使所有其他的正常相都能产生一个和短路相相同频率和位相的转矩脉动；步骤2.1，若一相发生短路故障时，假设a相发生短路故障，则该相的短路电流可以表示为：ia1＝Ifcos(ωt-θ)。此时短路电流和该相的反电势相位相差一个θ角，与采用滞环控制策略(id＝0)时正常情况下给定的电流与该相的反电势相位相同的情况不同，所以根据功率守恒可以知道短路电流会和该相的反电势作用产生一个cos(2ωt-θ)的频率和相位的转矩脉动。此时短路相所产生的转矩脉动的相位和正常情况下该相所会产生的转矩脉动的相位不同，同时也和其他各正常相所产生的转矩脉动的相位不同。因此如果直接将各相所产生的转矩进行矢量合成并不能使最终的合成转矩的脉动为零。其中，If是短路电流的幅值，ω是电机的电角速度，θ是短路相的反电势和短路电流的夹角；步骤2.2，根据短路相所产生的转矩脉动的频率和相位，通过改变其他各个正常相电流的相位，使各正常相都能产生一个与短路相相同频率和相位的转矩脉动，此时其他正常相电流的相位可以直接改变为如下形式： i b ′ = I b ′ cos ( ω t - θ + 2 5 π ) i c ′ = I c ′ cos ( ω t - θ + 4 5 π ) i d ′ = I d ′ cos ( ω t - θ - 4 5 π ) i e ′ = I e ′ cos ( ω t - θ - 2 5 π ) ]]>步骤3，根据步骤2可知，短路相和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的五相永磁电机的短路容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立五相容错永磁电机模型；步骤2，当电机的某一相发生短路故障时，由于短路电流的存在，会改变正常情况下采用滞环控制策略id＝0时该相正常给定电流与该相电反势之间的相位关系；根据功率守恒原理使得短路相产生一个和正常情况下不同的但频率和相位都可以确定的转矩脉动，然后通过改变其他正常相电流的相位，使所有其他的正常相都能产生一个和短路相相同频率和位相的转矩脉动；步骤3，根据步骤2短路相和其他正常相都可以产生一个cos(2ωt‑θ)频率和相位的转矩脉动，但彼此之间的幅值不相等，因此可以通过再改变其他正常相电流的幅值，使各相所产生的转矩脉动矢量和为零，同时还必须满足最终合成的平均转矩与正常情况下相等。

【技术特征摘要】
1.一种新型的五相永磁电机的短路容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立五相容错永磁电机模型；步骤2，当电机的某一相发生短路故障时，由于短路电流的存在，会改变正常情况下采用滞环控制策略id＝0时该相正常给定电流与该相电反势之间的相位关系；根据功率守恒原理使得短路相产生一个和正常情况下不同的但频率和相位都可以确定的转矩脉动，然后通过改变其他正常相电流的相位，使所有其他的正常相都能产生一个和短路相相同频率和位相的转矩脉动；步骤3，根据步骤2短路相和其他正常相都可以产生一个cos(2ωt-θ)频率和相位的转矩脉动，但彼此之间的幅值不相等，因此可以通过再改变其他正常相电流的幅值，使各相所产生的转矩脉动矢量和为零，同时还必须满足最终合成的平均转矩与正常情况下相等。2.根据权利要求1所述的一种新型的五相永磁电机的短路容错控制方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：步骤2.1，若一相发生短路故障时，假设a相发生短路故障，则该相的短路电流可以表示为：ia1＝If cos(ωt-θ)；此时短路电流和该相的反电势相位相差一个θ角，与采用滞环控制策略id＝0时正常情况下给定的电流与该相的反电势相位相同的情况不同，根据功率守恒得出短路电流会和该相的反电势作用产生一个cos(2ωt-θ)的频率和相位的转矩脉动；此时短路相所产生的转矩脉动的相位和正常情况下该相所会产生的转矩脉动的相位不同，同时也和其他各正常相所产生的转矩脉动的相位不同；因此如果直接将各相所产生的转矩进行矢量合成并不能使最终的合成转矩的脉动为零；其中，If是短路电流的幅值，ω是电机的电角速度，θ是短路相的反电势和短路电流的夹角；步骤2.2，根据短路相所产生的转矩脉动的频率和相位，通过改变其他各个正常相电流的相位，使各正常相都能产生一个与短路相相同频率和相位的转矩脉动，此时其他正常相电流的相位可以直接改变为如下形式： i b ′ = I b ′ cos ( ω t - θ + 2 5 π ) i c ′ = I c ′ cos ( ω t - θ + 4 5 π ) i d ′ = I d ′ cos ( ω t - θ - 4 5 π ) i e ′ = I e ′ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文祥，顾陈瑜，陈前，张步峰，朱旭辉，胡德水，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32