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六相永磁同步电机的设计(一)

2016/11/4    来源:互联网    作者:刘家琦      
关键字:多相电机  有限元分析  绕组开路  
多相永磁同步电机具有高可靠性和容错性,转矩波动小,功率密度高,特别适合应用于电动汽车领域。本文设计了一台12kW48槽46极的六相外转子永磁同步电机,并对其工作原理和容错性能进行了分析。

    2.3 容错方案分析

    2.3.1 绕组开路故障分析

    绕组开路故障是交流电机运行过程中十分常见的故障,半十二相电机发生绕组开路故障后将无法形成圆形旋转磁动势,电机的转矩波动必然大大增加,同时电机的输出转矩也会受到影响。若是担心发生开路故障后,故障相会影响正常相的工作而终止电机的运行,对于纯电动汽车而言将会失去其唯一的动力来源。这在某些情况下会威胁到司机和乘客的生命安全,是绝对不允许发生的。

    本文设计的六相永磁容错电机遵循容错电机的设计原则,实现了电机相与相之间的物理隔离、热隔离、磁隔离和电气隔离,每相绕组由独立的H桥驱动,无中性点连接。发生绕组开路故障时,可以通过控制功率开关管的关断将故障相隔离,不用担心故障相会对正常相的工作产生影响。同时可以通过控制开关管对剩余相绕组中电流的幅值和相位进行控制,形成新的圆形旋转磁场,提高电机发生故障后的运行性能。

    若要维持故障后的电机旋转磁动势幅值不变,势必要增加剩余相的电流激励,这必然会提高开关管的功率等级,提高电机的成本。但是故障状态属于非正常状态,若是为了保障电机在故障状态下的性能而提高开关管的功率等级则在平时是一种很大的浪费。因此在本文中采用的开路容错控制策略采用中的补偿策略,在不增加每相电流激励的情况下尽可能提高电机的输出转矩,减小转矩脉动。

    (1)-相开路补偿策略

    电机一相绕组开路后,将不能产生圆形旋转磁场,此时有两种磁动势补偿策略。一种是“5相补偿”控制策略,即同时改变剩余五相绕组电流激励的相位,形成新的圆形旋转磁动势。另一种是“3+2相补偿”控制策略,即将六相绕组看成两套对称三相绕组,无故障相的对称三相绕组正常工作产生旋转磁动势,有故障相的对称三相绕组改变剩余两相电流激励的相位,形成新的圆形旋转磁动势。这样总的旋转磁动势为对称三相绕组产生的磁动势和剩余两相产生的磁动势的叠加,所以称为“3+2相补偿”控制策略。

    以F相绕组开路为例,“5相补偿”控制策略和“3+2相补偿”控制策略的电流激励如公式(2-6),(2-7)所示。

公式4 电流激励

    (2)两相开路补偿策略

    电机两相绕组开路存在四种情况:互差300的相邻两相开路、互差900的相邻两相开路互差1200的不相邻两相开路和互差1500的不相邻两相开路。根据不同情况下的补偿激励值设置如下:

    ①互差300的相邻两相开路,以EF相开路为例,见公式(2-8)。

公式2-8

    ②互差900的相邻两相开路,以AF相开路为例,见公式(2-9)。

公式 2-9

    ③互差1200的不相邻两相开路,以DF相开路为例,见公式(2-10)。

公式 2-10

    ④互差1500的不相邻两相开路,以CF相开路为例,见公式(2-11)。

公式 2-11

责任编辑:马倩
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