[发明专利]基于功率不变原则的90°相带角四相永磁电机短路故障容错控制方法

说明书

基于功率不变原则的90°相带角四相永磁电机短路故障容错控制方法，属于多相容错永磁电机领域，本发明为解决常规90°相带角的四相永磁同步电机在一相短路故障时，电机转矩输出能力弱、转矩波动大的问题。本发明方法在电机发生端部短路故障时通过调整其它非短路相的电流来维持电机输出功率不变。在电机发生开关管短路故障时，先控制相对桥臂相同位置开关管导通，调整其它非短路相的电流来维持电机输出功率不变，这种方法削弱逆变器开关管短路故障对电机的影响，减小了后续容错控制的难度。

技术领域

本发明属于多相容错永磁电机领域，涉及电机短路故障容错技术。

背景技术

近年来中国大力发展航天事业，在载人航天、卫星通信和太空探测等方面取得了一系列突出的成就，我国航天事业正在迎来新的发展时期。航天伺服系统对可靠性和容错性要求较高，然而，传统的三相永磁同步电机在电机发生绕组开路或短路故障的时候，电机的输出转矩会发生剧烈变化，甚至于不能工作。四相容错永磁电机的相冗余特性使其具有一定的故障容错能力，满足航天伺服领域对可靠性、容错性和伺服性能等方面的需求。

电机相短路故障是指电机某一相由于端部互相接触短路而形成的一种电机故障，通常由绕组端部短路或逆变器功率器件短路造成。对于四相容错永磁电机，当某相发生短路故障时，由于单层分数槽集中绕组各相之间磁耦合小，无法通过调整剩余相电流来抑制短路相电流，也无法从逆变器端对故障相进行切除和隔离。因此，当四相容错永磁电机的某相发生短路故障时，如何通过重构剩余相电流实现对转矩的补偿，抵消故障相产生的影响极具现实意义。

发明内容

本发明目的是为了解决常规90°相带角的四相永磁同步电机在一相短路故障时，电机转矩输出能力弱、转矩波动大的问题，提供了基于功率不变原则的90°相带角四相永磁同步电机一相短路故障容错控制方法。

若忽略电机相间互感，当四相永磁同步电机任意一相发生绕组端部短路故障时，短路相电流由两部分构成：正弦稳态电流分量和随时间衰减的暂态分量。

稳态电流表达式为：

式中：R₀为短路相绕组电阻；L₀为短路相绕组电感；ω为电机定子电流角频率；N为电机绕组匝数；k_dp为电机绕组因数；Φ_pm-D为与短路相绕组耦合的永磁磁通；θ₀为零时刻电机短路相绕组轴线与转子永磁体直轴间的夹角。

暂态电流表达式为：

稳态短路电流产生的转矩表达式为：

式中：E₀为电机空载反电势基波幅值；Ω为电机转子机械角速度。

当四相永磁同步电机发生逆变器开关管短路故障时，系统检测到某一开关管发生短路之后，通过控制相对桥臂相同位置开关管导通，削弱逆变器开关管短路故障对电机的影响，减小了后续容错控制的难度。短路相绕组中的电流与一相绕组端部短路故障时相似。

本发明所述基于功率不变原则的90°相带角四相永磁电机短路故障容错控制方法包括三个方案。

第一个方案：适用于不约束零序电流大小条件，任一相绕组端部短部。

以D相绕组端部短路为例来说明当其中任意一相发生绕组端部短路故障时，所述短路故障容错控制方法为：

调整A、B、C相绕组的电流按

进行工作，以维持电机输出功率不变；