考虑内嵌式永磁同步电机磁阻转矩的谐波注入式容错控制

发布时间：2020-06-07 15:23

【摘要】：内嵌式永磁同步电机因为其高效率,高功率密度和宽调速范围的优势在电动汽车领域获得了广泛的研究与应用。内嵌式永磁同步电机驱动系统的可靠运行是电动汽车行驶安全的重要保证,如何在故障下提升内嵌式永磁同步电机的容错运行性能具有重要的研究意义。为考虑容错运行时五相内嵌式永磁同步电机反电势谐波的影响和磁阻转矩的利用,提出了固定开关频率下的谐波注入式容错控制策略和最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)容错控制策略。实现了3次谐波容错电流的在线计算和固定开关频率下的注入,有效抑制了容错运行时反电势谐波引起的转矩脉动;充分利用了电机的磁阻转矩,提升了电机容错运行时的输出转矩性能和运行效率。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)基于故障前后基波磁动势不变原理,推导了五相内嵌式永磁同步电机在单相和双相开路故障下的基波降阶矩阵。利用基波降阶矩阵,构建了单相和双相开路故障时五相内嵌式永磁同步电机的基波解耦模型,为后续容错控制策略的研究奠定了理论基础。(2)参照基波降阶矩阵的构建方法,构建了单相开路故障下3次空间的降阶矩阵,推导出了铜耗最小和铜耗相等原则下注入3次谐波电流的表达式。根据双相开路故障下基波容错电流单独作用时的转矩模型,求解出了双相开路时注入3次谐波电流的表达式。针对反馈电流中3次谐波分量不易提取的难点,提出了新的参考电流生成方法,结合基于载波调制技术的磁场定向容错控制算法,实现了3次谐波电流的在线计算和固定开关频率下的注入,有效抑制了输出转矩的脉动。(3)根据虚拟信号注入MTPA的控制原理,分析容错运行时虚拟信号注入MTPA所需的控制量。给出了开路故障下d、q轴电压的计算方法,保障了虚拟信号注入MTPA在容错下应用的可行性。最后,将虚拟信号注入MTPA与基于磁场定向的容错控制相结合,实现了五相内嵌式永磁同步电机的MTPA容错控制,在容错运行时充分利用了磁阻转矩,降低了容错电流的幅值,提升了电机容错运行时的输出转矩性能和运行效率。(4)设计了基于d SPACE的样机驱动系统实验平台,介绍了驱动系统中的硬件电路,并对本文所提的固定开关频率下谐波注入式容错控制算法和基于虚拟信号注入的MTPA容错控制算法进行了实验验证,验证了本文所提算法的准确性和可行性。
【图文】：

永磁同步电机转子结构图

五相内嵌式永磁同步电机磁场定向控制框图
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341

【参考文献】

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2 赵品志;杨贵杰;李勇;;五相永磁同步电动机单相开路故障的容错控制策略[J];中国电机工程学报;2011年24期

3 刘卫国;解恩;;稀土永磁电机在航空上的应用[J];电气技术;2007年10期

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本文编号：2701618