考虑反电势三次谐波的五相永磁电机开路故障容错电流设置方法技术

考虑反电势三次谐波的五相永磁电机开路故障容错电流设置方法，属于多相永磁电机领域，本发明专利技术为改善反电势包含三次谐波的五相永磁电机在开路故障下的转矩性能，使电机具备开路故障下平稳运行的能力。本发明专利技术方法在发生开路故障时仅调整非开路相电流相位，抑制故障后转矩中和反电势基波、三次谐波相关的2、4次转矩波动成分，以维持低转矩波动特性，进而实现平稳容错运行。开路故障分为一相绕组开路故障、相邻两相绕组开路故障和相对两相绕组开路故障三种类型，限定条件为不约束零序电流，本发明专利技术在保证电机转矩输出能力的前提下，有效的降低了五相电机发生一相绕组开路故障、相邻两相绕组开路故障和相对两相绕组开路故障时容错运行的转矩波动。错运行的转矩波动。错运行的转矩波动。

【技术实现步骤摘要】
考虑反电势三次谐波的五相永磁电机开路故障容错电流设置方法


[0001]本专利技术属于多相永磁电机领域，涉及开路故障下的容错控制技术。

技术介绍

[0002]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。
[0003]绕组开路故障是永磁电机中一种典型的故障类型。当绕组开路故障发生时，由于电机中可工作绕组的对称性受到破坏，绕组产生的磁场不再为圆形旋转磁场，使得电机的转矩特性变差，典型表现为转矩平均值下降且转矩波动上升。为了使多相永磁电机能够在绕组开路故障下可靠工作，需要开发相应的开路故障容错控制策略，以改善其在故障下的转矩输出特性。五相永磁电机的反电势中通常含有三次谐波，三次谐波在绕组开路故障下会带来额外的转矩波动分量。在制定绕组开路故障容错控制策略时，通过考虑反电势中三次谐波的影响，有利于提高开路故障容错控制策略的控制效果，改善多相永磁电机在绕组开路故障下的转矩输出特性。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了改善五相永磁电机在绕组开路故障下的转矩输出特性，提供了一种考虑反电势三次谐波的五相永磁电机开路故障容错电流设置方法。
[0005]本专利技术的考虑反电势三次谐波的五相永磁电机开路故障容错电流设置方法，包括三个方案。
[0006]第一个方案：适用于五相永磁电机的任意一相绕组发生开路故障。
[0007]以A相绕组开路为例，说明五相永磁电机在任意一相绕组开路时的容错控制方法为：
[0008]调整其剩余B、C、D、E四相绕组输入电流按
[0009][0010]进行工作，以改善故障后转矩特性；
[0011]式中，i
B1
、i
C1
、i
D1
、i
E1
分别为调整后的B、C、D、E相绕组电流，I
m1
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；
[0012]通过考虑反电势三次谐波影响，并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：
[0013][0014]式中，E1和E3分别为空载反电势的基波和三次谐波幅值；
[0015]λ1和λ2为拉格朗日算子，θ
j
为调整后的相绕组相位j＝1,2,3,4，分别对应θ1、θ2、θ3、θ4。
[0016]优选地，获取θ1、θ2、θ3、θ4的过程为：
[0017]考虑转子磁场中的三次谐波时，B、C、D、E四相绕组的空载反电势的表达式为：
[0018][0019]式中，e
B
、e
C
、e
D
和e
E
分别为B、C、D、E四相绕组的空载反电势，E1和E3分别为空载反电势的基波和三次谐波的幅值；
[0020]当A相绕组发生开路故障后，五相永磁电机电磁转矩的表达式为：
[0021][0022]式中，T
em
为电磁转矩，Ω为电机转子的机械角速度，T0、T2和T4分别为五相永磁电机
电磁转矩中的平均转矩项、二次波动转矩项和四次波动转矩项；
[0023]为了改善五相永磁电机在一相绕组开路故障后的转矩输出特性，需要使电磁转矩中的平均转矩项尽可能大，同时约束二次波动转矩项为零，对应约束条件表达式为：
[0024][0025]基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
[0026][0027]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。
[0028]第二个方案：适用于五相永磁电机的相邻两相绕组分别发生开路故障。
[0029]以A、B两相绕组开路为例，说明五相永磁电机在相邻两相绕组分别发生开路时的容错控制方法为：
[0030]调整其剩余C、D、E三相绕组输入电流按
[0031][0032]进行工作，以改善故障后转矩特性；
[0033]式中，i
C1
、i
D1
、i
E1
分别为调整后的C、D、E相绕组电流，I
m1
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；
[0034]通过考虑反电势三次谐波影响，并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：
[0035][0036]式中，E1和E3分别为空载反电势的基波和三次谐波幅值；
[0037]λ1和λ2为拉格朗日算子，θ
j
为调整后的相绕组电流相位j＝2,3,4，分别对应θ2、θ3、θ4。
[0038]优选地，获取θ2、θ3、θ4的过程为：
[0039]考虑转子磁场中的三次谐波时，C、D、E三相绕组的空载反电势的表达式为：
[0040][0041]式中，e
C
、e
D
和e
E
分别为B、C、D、E四相绕组的空载反电势，E1、E3分别为空载反电势的基波和三次谐波的幅值；
[0042]当A、B相绕组发生开路故障后，五相永磁电机电磁转矩的表达式为：
[0043][0044]式中，T
em
为电磁转矩，Ω为电机转子的机械角速度，T0、T2和T4分别为五相永磁电机电磁转矩中的平均转矩项、二次波动转矩项和四次波动转矩项；
[0045]为了改善五相永磁电机在相邻两相绕组开路故障后的转矩输出特性，需要使电磁转矩中的平均转矩项尽可能大，同时约束二次波动转矩项为零，对应约束条件表达式为：
[0046][0047]基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
[0048][0049]进而可以得到调整后的C、D、E相绕组电流的相位，即θ2、θ3、θ4。
[0050]第三个方案：适用于五相永磁电机的相隔两相绕组分别发生开路故障。
[0051]以A、C两相绕组开路为例，说明五相永磁电机在相隔两相绕组分别发生开路时的容错控制方法为：
[0052]调整其剩余B、D、E三相绕组输入电流按
[0053][0054]进行工作，以改善故障后转矩特性；
[0055]式中，i
B1
、i
D1
、i
E1
分别为调整后的B、D、E相绕组电流，I
m1
为调整后B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑反电势三次谐波的五相永磁电机开路故障容错电流设置方法，其特征在于，该方法包括A相绕组开路的容错控制方法：当发生A相绕组开路时，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，i
B1
、i
C1
、i
D1
、i
E1
分别为调整后的B、C、D、E相绕组电流，I
m1
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；通过考虑反电势三次谐波影响，并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，E1和E3分别为空载反电势的基波和三次谐波幅值；λ1和λ2为拉格朗日算子，θ
j
为调整后的相绕组相位j＝1,2,3,4，分别对应θ1、θ2、θ3、θ4。2.根据权利要求1所述考虑反电势三次谐波的五相永磁电机开路故障容错电流设置方法，其特征在于，获取θ1、θ2、θ3、θ4的过程为：考虑转子磁场中的三次谐波时，B、C、D、E四相绕组的空载反电势的表达式为：式中，e
B
、e
C
、e
D
和e
E
分别为B、C、D、E四相绕组的空载反电势，E1和E3分别为空载反电势的基波和三次谐波的幅值；当A相绕组发生开路故障后，五相永磁电机电磁转矩的表达式为：
式中，T
em
为电磁转矩，Ω为电机转子的机械角速度，T0、T2和T4分别为五相永磁电机电磁转矩中的平均转矩项、二次波动转矩项和四次波动转矩项；为了改善五相永磁电机在一相绕组开路故障后的转矩输出特性，需要使电磁转矩中的平均转矩项尽可能大，同时约束二次波动转矩项为零，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：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.考虑反电势三次谐波的五相永磁电机开路故障容错电流设置方法，其特征在于，该方法包括A、B两相绕组开路的容错控制方法：当A、B两相绕组开路时，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，i
C1
、i
D1
、i
E1
分别为调整后的C、D、E相绕组电流，I
m1
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；通过考虑反电势三次谐波影响，并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，E1和E3分别为空载反电势的基波和三次谐波幅值；λ1和λ2为拉格朗日算子，θ
j
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所述考虑反电势三次谐波的五相永磁电机开路故障容错电流设置方法，其特征在于，获取θ2、θ3、θ4的过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋义，尹佐生，黄家萱，周子愚，郑萍，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：