專利名稱：考慮磁阻轉(zhuǎn)矩影響的五相磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法
考慮磁阻轉(zhuǎn)矩影響的五相磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是一種用于五相20/22極磁通切換永磁電機(jī)并考慮磁阻轉(zhuǎn)矩影響的容錯(cuò) 控制方法，適用于航空航天、礦井等對(duì)連續(xù)運(yùn)行有高要求的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是在有些對(duì)系統(tǒng)可 靠性有高要求的領(lǐng)域，如航空航天、軍事裝備等，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行能力有很高 的要求，當(dāng)前的關(guān)鍵技術(shù)是研究其故障狀態(tài)下的容錯(cuò)控制方法。
磁通切換永磁電機(jī)是一種新型定子永磁式無(wú)刷電機(jī),定子、轉(zhuǎn)子呈雙凸極結(jié)構(gòu)，永 磁體置于定子上，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于散熱等優(yōu)點(diǎn)，滿足高可靠性領(lǐng)域的應(yīng)用要求。如圖1 所不的五相20/22極磁通切換永磁電機(jī)結(jié)構(gòu),永磁體1. 2置于定子1.1上,轉(zhuǎn)子1. 3上無(wú)電 樞繞組1. 4、無(wú)永磁體1. 2，定子1.1采用集中式繞組，空間相對(duì)齒上的線圈兩兩相連，兩組 線圈串聯(lián)或并聯(lián)形成三相電樞繞組。因此，該類(lèi)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、功率密度較高等優(yōu) 點(diǎn)。目前該類(lèi)電機(jī)的容錯(cuò)控制方法主要是以保證電機(jī)永磁轉(zhuǎn)矩不變和電機(jī)銅耗最小為目 標(biāo)，并未考慮磁阻轉(zhuǎn)矩的影響，這在電機(jī)匝數(shù)較少、電感較小的情況下是可以接受的。電磁 轉(zhuǎn)矩主要由永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩組成，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)行情況下，磁阻轉(zhuǎn)矩可以忽略不計(jì)；當(dāng) 發(fā)生故障時(shí)，對(duì)于電感較小的電機(jī)，磁阻轉(zhuǎn)矩也可以忽略不計(jì)；但是，當(dāng)電機(jī)的匝數(shù)變多，其 本身的電感也較大的時(shí)候，一旦電機(jī)又發(fā)生缺相故障，磁阻轉(zhuǎn)矩對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩的影響將大大 增加，不可忽略。此時(shí)，傳統(tǒng)容錯(cuò)控制方法的控制效果將無(wú)法滿足應(yīng)用要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)五相磁通切換電機(jī)匝數(shù)較多、電感較大的電磁特性，在故障 條件下的磁阻轉(zhuǎn)矩對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)產(chǎn)生影響而提出一種考慮磁阻轉(zhuǎn)矩影響的五相磁通切換 永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法，降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，減少磁阻轉(zhuǎn)矩在故障條件下對(duì)五相磁通切換永磁 電機(jī)的影響，從而提高系統(tǒng)帶故障運(yùn)行的能力。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是電機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下采用正弦波控制，若a相發(fā)生斷 路故障，按以下方法調(diào)整剩余非故障相電流的相位與幅值，以補(bǔ)償a相產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分 量將b相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)滯后126度電角度、在幅值上比正常運(yùn)行時(shí)增 大1. 179倍；將c相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)滯后162度電角度、在幅值上比正常運(yùn)行時(shí)增 大1. 902倍；將d相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)提前162度電角度、在幅值上比正常運(yùn)行時(shí)增 大1. 902倍；將e相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)提前126度電角度、在幅值上比正常運(yùn)行時(shí)增 大1. 179倍；若b相、c相、d相或e相的任一相發(fā)生斷路故障，調(diào)整剩余非故障相電流的相位與幅值 的方法與a相相同。
本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明將新型容錯(cuò)控制技術(shù)引入到大電感五相20/22極磁通切換永磁電機(jī)中，搭建 高可靠性定子永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)容錯(cuò)控制方法只考慮永磁轉(zhuǎn)矩而忽略磁阻轉(zhuǎn) 矩的缺點(diǎn)。本發(fā)明引入的磁通切換永磁電機(jī)具有功率密度高、電機(jī)可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
2、當(dāng)電機(jī)發(fā)生缺相故障時(shí)，對(duì)剩余非故障相的電流在相位和幅值方面進(jìn)行調(diào)整， 可由剩余的非故障相提供電流驅(qū)動(dòng)，極大地減小了磁阻轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響，使得缺相 故障發(fā)生后能保持磁通切換永磁電機(jī)的電磁輸出轉(zhuǎn)矩與正常運(yùn)行狀態(tài)相近似，使得電機(jī)的 輸出轉(zhuǎn)矩基本不變，且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很小，達(dá)到保持轉(zhuǎn)矩輸出近似等效于正常運(yùn)行狀態(tài)的目的， 從而提高電機(jī)的帶故障運(yùn)行能力。


圖1為五相20/22極磁通切換永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的截面示意圖；圖2為磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)方法流程圖；圖3為磁通切換永磁電機(jī)空載反電動(dòng)勢(shì)仿真波形圖；圖4為電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的五相電流仿真波形圖；圖5為電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩輸出仿真波形圖；圖6為電機(jī)缺相故障時(shí)采用傳統(tǒng)容錯(cuò)控制的電流仿真波形圖；圖7為電機(jī)缺相故障時(shí)采用傳統(tǒng)容錯(cuò)控制的轉(zhuǎn)矩輸出波形圖；圖8為電機(jī)缺相故障時(shí)采用新型容錯(cuò)控制的電流仿真波形圖；圖9為電機(jī)缺相故障時(shí)采用新型容錯(cuò)控制的轉(zhuǎn)矩輸出波形圖。
具體實(shí)施方式
如圖2，當(dāng)磁通切換永磁電機(jī)在正常工作狀態(tài)時(shí)，由于磁通切換永磁電機(jī)具有正 弦波反電動(dòng)勢(shì)，因此采用正弦波控制；當(dāng)發(fā)生缺相故障時(shí)，控制器調(diào)整剩余非故障相電流 的相位和幅值，消除磁阻轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響，使系統(tǒng)帶故障運(yùn)行。
當(dāng)a相發(fā)生斷路故障時(shí)，則電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大，此時(shí)，調(diào)整剩余 非故障相電流的相位與幅值，補(bǔ)償a相產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分量，保持電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)平衡，使得 電機(jī)在故障狀態(tài)下仍可以提高運(yùn)行特性，保證電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高可靠性。其中，調(diào)整剩余非 故障相電流的相位與幅值的具體方法是將b相繞組電流在相位上比系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)滯后 126度電角度、在幅值上比系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)增大1. 179倍；將相c繞組電流在相位上比系統(tǒng) 正常運(yùn)行時(shí)滯后162度電角度、在幅值上比系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)增大1. 902倍；將d相繞組電流 在相位上比系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)提前162度電角度、在幅值上比系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)增大1. 902倍； 將e相繞組電流在相位上比系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)提前126度電角度、在幅值上比系統(tǒng)正常運(yùn)行 時(shí)增大1. 179倍。調(diào)整剩余非故障相電流的相位與幅值并沒(méi)有順序要求，只要調(diào)整到位就 可。
這里僅以a繞組發(fā)生斷路故障為例，若b相、c相、d相或e相中的任一相發(fā)生斷 路故障，調(diào)整剩余非故障相電流的相位與幅值的方法與a相發(fā)生斷路故障時(shí)的調(diào)整方法相
權(quán)利要求
1.一種考慮磁阻轉(zhuǎn)矩影響的五相磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法，電機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下采用正弦波控制，其特征是若a相發(fā)生斷路故障，按以下方法調(diào)整剩余非故障相電流的相位與幅值，以補(bǔ)償a相產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分量 將b相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)滯后126度電角度、在幅值上比正常運(yùn)行時(shí)增大1. 179倍； 將c相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)滯后162度電角度、在幅值上比正常運(yùn)行時(shí)增大1. 902倍； 將d相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)提前162度電角度、在幅值上比正常運(yùn)行時(shí)增大1. 902倍； 將e相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)提前126度電角度、在幅值上比正常運(yùn)行時(shí)增大1. 179倍； 若b相、c相、d相或e相中的任一相發(fā)生斷路故障，調(diào)整剩余非故障相電流的相位與幅值的方法與a相發(fā)生斷路故障時(shí)相仿。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種考慮磁阻轉(zhuǎn)矩影響的五相磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法，若a相發(fā)生斷路故障，將b相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)滯后126度電角度、幅值比正常運(yùn)行時(shí)增大1.179倍；將c相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)滯后162度電角度、幅值比正常運(yùn)行時(shí)增大1.902倍；將d相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)提前162度電角度、幅值比正常運(yùn)行時(shí)增大1.902倍；將e相繞組電流在相位上比正常運(yùn)行時(shí)提前126度電角度、幅值比正常運(yùn)行時(shí)增大1.179倍；若其余任一相發(fā)生斷路故障，調(diào)整方法與a相相同；對(duì)剩余非故障相的電流在相位和幅值方面進(jìn)行調(diào)整，可補(bǔ)償a相產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分量，減小磁阻轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響。
文檔編號(hào)H02P6/08GK103036490SQ20121050110
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者趙文祥, 許沈鼎, 吉敬華, 劉國(guó)海 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)