[发明专利]不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法

说明书

不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法，属于多相永磁电机领域，本发明为解决五相永磁电机在短路故障下的转矩输出特性差问题。本发明包含一相、相邻两相及相隔两相绕组发生短路故障情况，其中短路故障涵盖绕组的端部短路和部分匝短路，以及绕组所在逆变器桥臂发生开关管短路这几种情况中的一种或其组合。当发生部分匝短路或绕组所在逆变器桥臂发生开关管短路时，将其转化为端部短路故障进行处理，本发明控制方法将基波合成磁动势中反向旋转分量的余弦分量和正弦分量约束为零，同时使正向旋转分量中的正弦分量尽可能大，以改善五相永磁电机的转矩输出特性。保证五相永磁电机在故障后输出相对较大的转矩，同时保证转矩波动较小。

技术领域

本发明属于多相永磁电机领域，涉及短路故障下的容错控制技术。

背景技术

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。

绕组短路故障是永磁电机中危害较大的故障类型。当短路故障发生时，由于永磁磁通的存在，使得绕组中产生短路电流，影响电机的热特性和转矩输出特性。为了使多相永磁电机能够在短路故障下可靠工作，一方面需要对其进行耐短路电流的特殊设计，另一方面还需要开发相应的短路故障容错控制策略，以改善其在故障下的转矩输出特性。耐短路电流设计可以提高多相永磁电机在短路故障下的生存能力，而短路故障容错控制策略对于改善多相永磁电机在短路故障下的转矩输出特性等起到至关重要的作用。

发明内容

本发明目的是为了解决五相永磁电机在短路故障下的转矩输出特性差的问题，提供了一种不约束d轴电枢磁动势的五相永磁电机短路故障容错控制方法。

本发明所述不约束d轴电枢磁动势的五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：适用于五相永磁电机的任意一相绕组发生端部短路。

以A相绕组端部短路为例，说明五相永磁电机在任意一相绕组端部短路时的容错控制方法为：

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；

不约束d轴电枢磁动势，使绕组基波合成磁动势中正向旋转分量中的正弦分量尽可能大；将反向旋转分量的余弦分量和正弦分量约束为零，再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：