五相永磁同步电机绕组端部短路故障的低铜耗容错控制策略，属于电机领域，本发明专利技术为解决现有的绕组端部短路故障容错策略控制电机会导致电机在容错运行状态下的铜耗较高的问题。本发明专利技术在A相绕组发生端部短路故障时的容错控制策略为：调整通入其余相的故障容错电流由两部分组成，每一部分为转矩波动抑制电流，利用四相转矩波动抑制电流合成的磁动势来消除故障相短路电流产生的磁动势中的转矩波动项，从而抑制故障相短路电流造成的转矩波动，并相较于传统方式的铜耗低；另一部分为转矩补偿电流，利用四相转矩补偿电流合成的磁动势与电机正常状态下定子五相电流合成的磁动势相同，来确保电机输出正常运行状态下的平均转矩。矩。矩。
【技术实现步骤摘要】
五相永磁同步电机绕组端部短路故障的低铜耗容错控制策略
[0001]本专利技术涉及一种多相永磁同步电机绕组故障容错控制技术，属于电机领域。
技术介绍
[0002]五相永磁同步电机相比传统三相永磁同步电机具有相冗余特性，能够在一相或多相绕组发生故障后，通过切换电机控制策略，实现故障下的容错运行。为了提升五相永磁同步电机的容错能力和故障容错状态下的运行性能，电机常采用开绕组形式，配合全桥或五相六桥臂逆变器进行驱动，最大程度上保证了电机各相之间独立运行，当电机某相或某些相绕组发生故障后，其余相能够不受故障的影响。电机绕组端部短路故障通常是由逆变器开关管短路，电机绕组线圈绝缘不良等原因造成的，当发生绕组端部短路故障时，电机的平均输出转矩下降，而且旋转的转子永磁磁场在故障相绕组中感应出不可控的短路电流，该短路电流会造成电机转矩波动大幅上升，导致系统机械震动严重，输出转矩性能和运行稳定性下降。
[0003]为了克服上述问题，现有技术在某相发生短路故障时向剩余相通入故障容错电流，这种操作方式会引起铜耗增加，现有技术为了应对铜耗增加的问题，在向剩余相通入故障容错电流时采用的策略是根据合成磁动势不变原则配合铜损最小约束制定的，虽然能够重构正常运行状态下的旋转磁动势，但铜耗仍然较高，有进一步下降的空间。
技术实现思路
[0004]针对现有的绕组端部短路故障容错策略控制电机会导致电机在容错运行状态下的铜耗较高的问题，本专利技术提供一种五相永磁同步电机绕组端部短路故障的低铜耗容错控制策略。
[0005]本专利技术所述五相永磁同步电机绕组端部短路故障的低铜耗容错控制策略，五相永磁同步电机在A相绕组发生端部短路故障时的容错控制策略为：
[0006]调整B，C，D，E相绕组电流按：
[0007][0008][0009][0010][0011][0012]进行工作，以抑制A相绕组端部短路故障造成的输出平均转矩下降和转矩波动上升，同时降低容错控制状态下的绕组铜耗，
[0013]式中，I
m
为正常状态下B、C、D、E相绕组中电流的幅值，ω
e
为电机的电角速度；I
A
"为A相绕组在发生端部短路故障后的稳态短路电流幅值。
[0014]优选地，A相绕组在发生端部短路故障后的稳态短路电流幅值I
A
"按
[0015]获取，
[0016]式中，N为A相绕组串联匝数，ξ
w4
为基波绕组因数，Φ
PM
为与A相绕组交链的永磁磁通，R
A
为A相绕组电阻，L
AA
为A相绕组自感。
[0017]优选地，五相永磁同步电机绕组的相间互感数值不高于自感的4％，其中A相绕组与其它绕组的相间互感值应满足下式：
[0018][0019]式中：M
AB
为A相与B相绕组之间的互感，M
AC
为A相与C相绕组之间的互感，M
AD
为A相与D相绕组之间的互感，M
AE
为A相与E相绕组之间的互感，L
AA
为A相绕组自感。
[0020]优选地，五相永磁同步电机空载反电势谐波畸变率THD
emf
低于15％，空载反电势谐波畸变率THD
emf
按下式获取：
[0021][0022]式中：E1为空载反电势基波幅值，E
i
为空载反电势i次谐波幅值，i为空载反电势谐波次数。
[0023]优选地，在电机正常运行状态下，即未发生绕组端部短路故障时，电机A、B、C、D、E相绕组电流为：
[0024]i
A
＝I
m
cos(ω
e
t)
[0025][0026][0027][0028][0029]式中：i
A
，i
B
，i
C
，i
D
，i
E
分别为正常运行状态下电机A、B、C、D、E相绕组电流，I
m
为正常状态下B、C、D、E相绕组中电流的幅值。
[0030]优选地，五相永磁同步电机转子采用表贴式永磁体，具体可采用的表贴式永磁体类型包括：瓦形永磁体、正弦型永磁体、偏心型永磁体或Halbach阵列永磁体。
[0031]优选地，采用五相全桥或五相六桥臂逆变器为五相永磁同步电机供电。
[0032]本专利技术的有益效果：本专利技术公开五相永磁同步电机绕组端部短路故障的低铜耗容错控制策略，应用该策略进行容错控制时要求五相永磁同步电机满足以下两个条件：第一、电机相间互感不高于自感的4％，相间几乎不存在磁耦合，当电机发生一相绕组端部短路故障时，故障相和剩余正常相绕组电流不会相互影响；第二、电机反电势谐波畸变率低于15％，电机空载反电势波形正弦度较高，电机在发生一相绕组端部短路故障时，由于电机空载反电势波形接近正弦，故障相电流波形也接近正弦。
[0033]采用本专利技术策略不仅能够有效降低五相永磁同步电机一相绕组端部短路故障造成的转矩波动，提升电机在故障容错状态下的平均输出转矩，还能够降低故障容错运行状态下的绕组铜耗。
附图说明
[0034]图1是五相永磁同步电机的绕组空间排布方式图；
[0035]图2是五相全桥逆变器拓扑示意图；
[0036]图3是五相六桥臂逆变器拓扑示意图；
[0037]图4是采用10槽8极单层分数槽集中绕组的五相永磁同步电机各相自感与互感波形图(以A相为例)；其中图4(a)为AB相互感和A相自感波形图，图4(b)为AC相互感和A相自感波形图，图4(c)为AD相互感和A相自感波形图，图4(d)为AE相互感和A相自感波形图；
[0038]图5是转子采用Halbach永磁体阵列的10槽8极单层分数槽集中绕组五相电机空载反电势波形及谐波分析(以A相为例)；其中图5(a)为空载反电势波形，图5(b)为谐波波形；
[0039]图6是A相绕组发生端部短路故障后，A相绕组中的短路电流波形图；
[0040]图7是A相绕组发生端部短路故障后，应用所提出的低铜耗容错控制策略时，剩余B，C，D，E相绕组中通入的电流波形图；
[0041]图8是A相绕组发生端部短路故障后，应用现有低铜耗容错控制策略时，剩余B，C，D，E相绕组中通入的电流波形图；
[0042]图9是电机在正常运行状态下，A相绕组端部短路故障不控状态下，以及应用本发
明所提出的和现有的低铜耗容错控制策略对A相绕组端部短路故障进行容错控制状态下的转矩波形对比图。
具体实施方式
[0043]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.五相永磁同步电机绕组端部短路故障的低铜耗容错控制策略，其特征在于，五相永磁同步电机在A相绕组发生端部短路故障时的容错控制策略为：调整B，C，D，E相绕组电流按：调整B，C，D，E相绕组电流按：调整B，C，D，E相绕组电流按：调整B，C，D，E相绕组电流按：调整B，C，D，E相绕组电流按：进行工作，以抑制A相绕组端部短路故障造成的输出平均转矩下降和转矩波动上升，同时降低容错控制状态下的绕组铜耗，式中，I
m
为正常状态下B、C、D、E相绕组中电流的幅值，ω
e
为电机的电角速度；I
A
"为A相绕组在发生端部短路故障后的稳态短路电流幅值。2.根据权利要求1所述五相永磁同步电机绕组端部短路故障的低铜耗容错控制策略，其特征在于，A相绕组在发生端部短路故障后的稳态短路电流幅值I
A
"按获取，式中，N为A相绕组串联匝数，ξ
w4
为基波绕组因数，Φ
PM
为与A相绕组交链的永磁磁通，R
A
为A相绕组电阻，L
AA
为A相绕组自感。3.根据权利要求1或2所述五相永磁同步电机绕组端部短路故障的低铜耗容错控制策略，其特征在于，五相永磁同步电机绕组的相间互感数值不高于自感的4％，其中A相绕组与其它绕组的相间互感值应满足下式：
式中：M
AB
为A相与B相绕组之间的互感，M
AC
为A相与C相绕组之间的互感，M
AD
为A相与D相绕组之间的互感，M
...
【专利技术属性】
技术研发人员：隋义，黄家萱，郑萍，苑子航，周子愚，高家林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。