【技术实现步骤摘要】
不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法
本专利技术属于多相永磁电机领域，涉及短路故障下的容错控制技术。
技术介绍
永磁同步电机因其在效率和功率密度等方面的显著优势被广泛用于现代载运工具、航空航天、高端工业装备等领域。目前应用较多的为三相永磁同步电机，且其相关配套技术已经十分成熟。但传统三相永磁同步电机的容错能力较差，尤其当发生绕组开路或短路故障时，电机的输出转矩特性变差，甚至不能工作，难以满足纯电动汽车、航空航天等对电机系统可靠性和容错性能的苛刻要求。多相永磁电机的相冗余特性使其相对传统三相永磁电机有着更优的容错能力，可以满足纯电动汽车等领域未来发展对电机系统可靠性和容错性的需求。绕组短路故障是永磁电机中危害较大的故障类型。当短路故障发生时，由于永磁磁通的存在，使得绕组中产生短路电流，影响电机的热特性和转矩输出特性。为了使多相永磁电机能够在短路故障下可靠工作，一方面需要对其进行耐短路电流的特殊设计，另一方面还需要开发相应的短路故障容错控制策略，以改善其在故障下的转矩输出特性。耐短路电流设计可以提高多相永磁电机在短路故障下的生存能力，而短路故障容错控制策略对于改善多相永磁电机在短路故障下的转矩输出特性等起到至关重要的作用。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决五相永磁电机在短路故障下的转矩输出特性差的问题，提供了一种不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法。本专利技术所述不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法，包括三个方案。
【技术保护点】
1.不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法，其特征在于，/n以A相绕组端部短路为例，说明五相永磁电机在任意一相绕组端部短路时的容错控制方法为：/n调整其剩余B、C、D、E四相绕组输入电流按/n
【技术特征摘要】
1.不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法，其特征在于，
以A相绕组端部短路为例，说明五相永磁电机在任意一相绕组端部短路时的容错控制方法为：
调整其剩余B、C、D、E四相绕组输入电流按
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，iB1、iC1、iD1、iE1分别为调整后的B、C、D、E相绕组电流，Im1为调整后B、C、D、E相绕组电流的幅值，ω为电流角频率，θ1、θ2、θ3、θ4分别为调整后的B、C、D、E相绕组电流的相位；
不约束d轴电枢磁动势，使绕组基波合成磁动势中正向旋转分量中的正弦分量尽可能大；将反向旋转分量的余弦分量和正弦分量约束为零，再基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P来获取θ1、θ2、θ3、θ4：
式中，k0为短路相电流幅值比，k0＝Im1/IAs1，IAs1为A相绕组短路电流iAs的基波幅值；λ1和λ2为拉格朗日算子；θj为调整后的相绕组电流相位j＝1,2,3,4，分别对应θ1、θ2、θ3、θ4。
2.根据权利要求1所述不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法，其特征在于，获取θ1、θ2、θ3、θ4的过程为：
在iB1、iC1、iD1、iE1和A相绕组短路电流iAs的共同作用下，五相永磁电机绕组基波磁动势的正向和反向旋转分量表达式为：
式中，f′4-fw和f′4-rv分别为五相永磁电机绕组基波磁动势的正向和反向旋转分量，b4为一与电机电磁方案有关的常数，φ为气隙圆周空间位置角度，IAs1为iAs的基波幅值；
根据三角函数公式，可将f′4-fw和f′4-rv分别分解为：
式中，f′4-fw-s和f′4-fw-c分别为f′4-fw的正弦和余弦分量，f′4-rv-s和f′4-rv-c分别为f′4-rv的正弦和余弦分量；
当五相永磁电机正常工作，对其五相绕组通以五相对称正弦电流时，其基波合成磁动势为正向旋转的圆形磁动势，对应表达式为：
通过将绕组基波合成磁动势中反向旋转分量的余弦分量f′4-rv-c和正弦分量f′4-rv-s约束为零，同时使正向旋转分量中的正弦分量f′4-fw-s尽可能大，以改善五相永磁电机的转矩输出特性，对应约束条件表达式为：
基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
式中，λ1和λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的B、C、D、E相绕组电流的相位，即θ1、θ2、θ3、θ4。
3.不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法，其特征在于，以A、B两相绕组端部短路为例，说明五相永磁电机在相邻两相绕组分别发生端部短路时的容错控制方法为：
调整其剩余C、D、E三相绕组输入电流按
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，iC1、iD1、iE1分别为调整后的C、D、E相绕组电流，Im1为调整后C、D、E相绕组电流的幅值，ω为电流角频率，θ2、θ3、θ4分别为调整后的C、D、E相绕组电流的相位；
不约束d轴电枢磁动势，使绕组基波合成磁动势中正向旋转分量中的正弦分量尽可能大；将反向旋转分量的余弦分量和正弦分量约束为零，再基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P来获取θ2、θ3、θ4：
式中，k0为短路相电流幅值比，k0＝Im1/Is1，Is1为A相绕组短路电流iAs和B相绕组短路电流iBs基波幅值；
λ1和λ2为拉格朗日算子；θj为调整后的相绕组电流相位j＝2,3,4，分别对应θ2、θ3、θ4。
4.根据权利要求3所述不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法，其特征在于，获取θ2、θ3、θ4的过程为：
在iC1、iD1、iE1和A、B两相绕组短路电流iAs和iBs的共同作用下，五相永磁电机绕组基波磁动势的正向和反向旋转分量表达式为：
式中，f′4-fw和f′4-rv分别为五相永磁电机绕组基波磁动势的正向和反向旋转分量，b4为一与电机电磁方案有关的常数，φ为气隙圆周空间位置角度，Is1为iAs和iBs的基波幅值；
根据三角函数公式，可将f′4-fw和f′4-rv分别分解为：
式中，f′4-fw-s和f′4-fw-c分别为f′4-fw的正弦和余弦分量，f′4-rv-s和f′4-rv-c分别为f′4-rv的正弦和余弦分量；
当五相永磁电机正常工作，对其五相绕组通以五相对称正弦电流时，其基波合成磁动势为正向旋转的圆形磁动势，对...
【专利技术属性】
技术研发人员：隋义，尹佐生，郑萍，苑子航，杨士杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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