模块化永磁同步轮毂电机开路故障的容错控制策略研究

发布时间：2020-07-28 16:53

【摘要】：轮毂电机技术作为最先进的分布式新能源汽车驱动技术,要求其在保证车辆驾驶平稳性和舒适性的同时,具有极高的可靠性。模块化永磁同步轮毂电机是在传统轮毂电机低速大扭矩和宽速域运行特性的基础上,采用独特的多冗余结构,可保证电机在故障情况下也能高可靠性容错运行;并有效提高电机在故障情况下的转矩输出能力。基于此,本文重点研究该类模块化永磁同步轮毂电机系统在电机绕组或逆变器桥臂开路故障下的容错控制策略并对其极限容错能力进行相关研究。主要内容有以下几个方面:首先,针对模块化永磁同步轮毂电机的结构特点,推导该类电机的数学模型,结合模块化电机各子模块共用转子且可单独控制的特点,在充分考虑电机在故障情况下容错运行高可靠性的要求,提出基于三相四桥臂为主电路拓扑结构的共用转速环、各子模块电流环独立控制的模块化电机控制系统。研究电机在正常运行时各子模块电机的转矩分配策略和电机各子模块系统的控制策略。其次,研究模块化电机系统在一相开路故障情况下的容错控制策略。针对模块化轮毂电机模块数较少时切除故障模块运行所带来的输出转矩大幅降低的问题,提出基于磁势补偿的容错控制策略。在此基础上,研究在该容错控制策略时电机电流和电压极限圆的变化情况;并以各模块温升相等为原则,推导模块化电机容错运行时的转矩分配策略。然后,根据模块化永磁同步轮毂电机模块间可以进行绕组重构的特点,在分析系统各种典型开路故障类型的基础上,研究电机在模块间绕组或逆变器桥臂开路故障时的绕组重构及容错控制技术。以探索电机在极端故障情况下的最大输出能力。最后,以两模块电机为例,搭建模块化电机容错控制系统的实验平台,实验研究电机系统在正常情况、一相开路故障情况以及各种典型开路故障情况下的输出特性。对本文所提的转矩分配策略、磁势补偿容错控制策略以及绕组重构容错控制策略进行实验评价。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM341
【图文】：

拓扑图,拓扑,电机,缺相

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文对双三相电机缺相故障情况，文献[15]在两种中性点连接方式情况下，分别建立了电机缺相下的数学模型，如图 1-1 所示。根据故障情况下若保持系统解耦变换阵不变，则磁链方程、电压方程和转矩方程不变的特点，构建了基于正常解耦变换阵的新型缺相容错控制策略。该策略只需要简单改变谐波子空间参考电流，即可适用于不同的中性点连接方式。作者还分别推导了一相开路情况下的定子铜耗最小和输出转矩最大两种控制策略，可以根据实际电机运行要求进行选择。

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Protean 公司提出了一种电动汽车用永磁同步轮毂电机系统，该电机由 8 个子控制器控制，每个子控制器控制一个子模块电机，8 个子控制器及子模块电机集成为一个模块化轮毂电机，电机及其拓扑如图 1-2 所示。每个子模块电机都是一个相对独立的三相星型绕组，可以沿用传统的三相永磁同步轮毂电机控制，控制策略相对简单。当某一相发生故障后，可以切除故障模块，减少对其他模块运行性能的影响，模块化电机依然能够正常容错运行[17-19]。子模块及子电机保险丝

拓扑图,集成模块,电机系统

每个子控制器控制一个子模块电机，8 个子控制器及个模块化轮毂电机，电机及其拓扑如图 1-2 所示。每个子对独立的三相星型绕组，可以沿用传统的三相永磁同步轮略相对简单。当某一相发生故障后，可以切除故障模块，性能的影响，模块化电机依然能够正常容错运行[17-19]。子模块及其驱动器共用独立总永磁体子电机保险丝a) 电机结构 b) 电机系统拓扑图 1-2 Protean 公司研发的轮毂电机电力电子器件定子齿通信总线+驱

【参考文献】