一种双定子混合励磁型轴向磁通切换电机高效容错方法技术

本发明专利技术公开了一种双定子混合励磁型轴向磁通切换电机的高效容错方法，涉及混合励磁轴向电机控制技术领域，特别是一种双定子混合励磁型轴向磁通切换电机高效容错方法。该方法为：当电机在调磁调速过程中发生单相绕组开路故障，利用电机故障侧定子的励磁绕组来完成电机的容错和调磁调速效果。本发明专利技术既可以使电机在故障状态下正常运行，保证电机驱动系统的安全和稳定，又可以满足电机的调磁调速需求，应对电机在特殊工况下的运行要求，实现高效容错的目的。的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种双定子混合励磁型轴向磁通切换电机高效容错方法


[0001]本专利技术涉及混合励磁轴向电机控制
，特别是一种双定子混合励磁型轴向磁通切换电机高效容错方法。

技术介绍

[0002]进入21世纪来，对于电动汽车研究成为了现今工业发展的主要内容之一，对电动汽车电机及其驱动系统的要求也日益提高，为驱动电机配备容错控制系统，能够增强电动汽车在不同工作环境下的应对能力，增加电动汽车的使用寿命。虽然容错控制系统的配备在最初阶段会增加产品的设计和生产成本，但是这可以降低电动汽车的维修费用和故障处理费用，能够间接减小用户的使用成本。总体上，此措施能够提高用户对电动汽车产业的满意度，对整个产业的可持续发展是有利的。另外，对电动汽车进行容错控制，能够为司机和乘客的人身安全增添一份保障，能够保证在电机故障发生后，电动汽车依旧能够保持一定的速度和动力将车辆转移到安全地点或者继续行驶。
[0003]目前，对电机容错控制策略中利用非故障相的电枢绕组进行容错控制已经有了广泛地应用，其中对三相电机控制策略的研究最为透彻(郭建龙，陈世元.电动汽车驱动用电机的选择[J].汽车电器,2007,(I):9
‑
12.)，因此常用的电动汽车驱动电机多为三相电机，但是却也存在较为严重的弊端。以电机电枢绕组发生单相开路故障为例，为了保持原有的转速和输出转矩，非故障相电流需要增大至故障前的1.73倍(任宝珠.三相永磁容错电机的结构设计与研究[D].大连海事大学,2013.)，在电机所带负载较小时，可以正常工作，但这在电机负载较大时是不可取的，重载时非故障相会因为流经电流过大而存在发生二次故障的风险。因此，如何使用合适的容错控制方法来解决这一矛盾，具有重要的研究意义和应用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高效且安全的混合励磁轴向磁场磁通切换电机的容错控制方法。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种双定子混合励磁型轴向磁通切换电机高效容错方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、电机正常运行时，通过调节通入励磁绕组的直流电流大小和方向，以调节电枢磁链；
[0007]步骤2、电机发生单相绕组开路，通过主功率变换器切除该相，此时电机处于故障状态；
[0008]步骤3、通过励磁绕组来实现电机的容错稳定运行并满足调磁调速要求；
[0009]步骤4、驱动励磁绕组功率变换器产生相应的励磁绕组电流。
[0010]进一步地，步骤1所述的电机正常运行时，具体如下：
[0011]电机采用i
d
＝0控制，磁阻转矩分量为零，电机的电磁转矩可以表示为
[0012][0013]正常运行时，T
L
<T
e
，i
f
＝0，电磁转矩可以表示为
[0014][0015]若增大负载，即负载转矩T
L
>T
e
时，驱动励磁绕组的功率变换器给励磁绕组通入正向直流电流，产生的磁通和永磁磁通方向相同，进而増大气隙磁场，实现了电机増磁运行，满足电机的负载需求；
[0016]另一方面，同理可知当励磁绕组通入反向直流励磁电流时，电枢绕组匝链的励磁磁通与永磁磁通方向相反，励磁磁通削弱了气隙磁场，电机运行在弱磁状态，拓宽了调速范围。
[0017]进一步地，步骤2所述的电机发生单相绕组开路，通过主功率变换器切除该相，此时电机处于故障运行状态，具体如下：
[0018]电机a相电枢绕组开路，驱动主功率变换器，切除电机a相绕组，此时电机运行在故障状态。
[0019]进一步地，步骤3所述的通过励磁绕组来实现电机的容错稳定运行并满足调磁调速要求，具体如下：
[0020]在电机发生单相故障时，若采用励磁绕组来实现电机的容错运行，根据磁动势不变原理，相当于用部分励磁绕组代替产生一个等效的相绕组，此时向用于产生等效电枢磁场的励磁绕组通入的电流i
fAC
,
[0021][0022]式中N为电枢绕组匝数，N1为每个励磁线圈匝数；
[0023]无调磁情况下正常运行时a相磁链ψ
a
，容错后的a相磁链ψ
a1
；
[0024]ψ
a
＝L
a
i
a
+M
ab
i
b
+M
ac
i
c
+ψ
pm
[0025][0026]有调磁情况下正常运行时的a相磁链ψ
a2
，增磁容错后的a相磁链ψ
a21
；
[0027]ψ
2a
＝L
a
i
a
+M
ab
i
b
+M
ac
i
c
+M
af
i
fDC
+ψ
pm
[0028][0029]调磁过程中，非故障相b的磁链变化了Δψ
b2
，故障相磁链变化了Δψ
a2
，二者相等，其中
[0030]Δψ
2b
＝M
bf
i
fDC
[0031][0032]式中L
f1
为励磁绕组之间的互感，i
fDC
为对非故障相进行调磁的励磁绕组所通入的直流电流，i
fAC1
为产生故障相磁场的励磁绕组所通入的电流，其包含直流分量和交流分量；
[0033]电枢绕组与励磁绕组互感与电枢绕组之间的互感相似，在通入励磁电流后，其互感可以表示为
[0034]M
bf
＝(ψ
b
‑
ψ
pmb
)/i
fDC
[0035]式中M
bf
是励磁绕组与三相电枢绕组之间饱和互感，ψ
pmb
为仅永磁作用时电枢绕组匝链的磁通，ψ
b
为通入励磁电流后电枢绕组匝链的磁通，i
fDC
为施加的励磁电流；
[0036]励磁绕组自感L
f1
为
[0037]L
f1
＝(ψ
f
‑
ψ
p
)/i
fDC
[0038]式中，ψ
p
为仅永磁作用时励磁绕组匝链的磁通，ψ
f
为施加励磁电后励磁绕组匝链的磁通，i
fDC
为施加的励磁电流；
[0039]结合以上各式，可得故障相等效励磁电流i
fAC1
与非故障相调磁电流i
fDC
之间的关系。
[0040]进一步地，步骤4所述的驱动励磁绕组功率变换器产生相应的励磁绕组电流，具体如下：
[0041]根据相应电机结构的磁链增幅Δ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双定子混合励磁型轴向磁通切换电机的高效容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、电机正常运行时，通过调节通入励磁绕组的直流电流大小和方向，以调节电枢磁链；步骤2、电机发生单相绕组开路，通过主功率变换器切除该相，此时电机处于故障状态；步骤3、通过励磁绕组来实现电机的容错稳定运行并满足调磁调速要求；步骤4、驱动励磁绕组功率变换器产生相应的励磁绕组电流。2.根据权利要求1所述的一种双定子混合励磁型轴向磁通切换电机的高效容错控制方法，其特征在于，步骤1所述的通来调节通入励磁绕组的直流电流大小和方向，用来调节电枢磁链，具体如下：电机采用i
d
＝0控制，磁阻转矩分量为零，电机的电磁转矩可以表示为正常运行时，T
L
<T
e
，i
fDC
＝0，电磁转矩可以表示为当负载转矩T
L
>T
e
时，驱动励磁绕组的功率变换器给励磁绕组通入正向直流电流，产生的磁通和永磁磁通方向相同，増大了气隙磁场，实现了电机増磁运行，满足电机的负载需求；当励磁绕组通入反向直流励磁电流时，电枢绕组匝链的励磁磁通与永磁磁通方向相反，励磁磁通削弱了气隙磁场，电机运行在弱磁状态，拓宽了调速范围。3.根据权利要求1所述的一种双定子混合励磁型轴向磁通切换电机的高效容错控制方法，其特征在于，步骤2所述的电机发生单相绕组开路，通过主功率变换器切除该相，此时电机处于故障状态，具体如下：若电机a相电枢绕组开路，驱动主功率变换器，切除电机a相绕组，此时电机运行在故障状态。4.根据权利要求1所述的一种双定子混合励磁型轴向磁通切换电机的高效容错控制方法，其特征在于，步骤3所述的通过励磁绕组来实现电机的容错稳定运行并满足调磁调速要求，具体如下：在电机发生单相故障时，若采用励磁绕组来实现电机的容错运行，根据磁动势不变原理，相当于用部分励磁绕组代替产生一个等效的a
11
相绕组，此时向用于产生等效电枢磁场的励磁绕组中通入电流i
fAC
，式中N为电枢绕组匝数，N1为每个励磁线圈匝数；无调磁情况下正常运行时a相磁链ψ
a
，容错后的a相磁链ψ
a1
；ψ
a
＝L
a
i
a
+M
ab
i
b
+M
ac
i
c
+ψ
pm
有调磁情况下正常运行时的a相磁链ψ
a2
，调磁容错后的a相磁链ψ
a21
；
ψ...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐妲，方堃，杜永喜，毛圣杰，韩晨，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：