CN113364364A - 转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法 - Google Patents
转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113364364A CN113364364A CN202110713175.7A CN202110713175A CN113364364A CN 113364364 A CN113364364 A CN 113364364A CN 202110713175 A CN202110713175 A CN 202110713175A CN 113364364 A CN113364364 A CN 113364364A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- current
- torque
- current component
- torque fluctuation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
- H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
- H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
- H02P29/028—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/28—Arrangements for controlling current
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,属于多相永磁电机领域,本发明为解决六相永磁电机在开路故障下出现的转矩降额与转矩波动在面向不同动力需求时的均衡补偿问题。本发明在电机一相、相邻两相、相隔两相、相对两相绕组发生开路故障时,能够对六相永磁电机的转矩波动与平均转矩实现不同比例配置的均衡补偿。调整其余几相的电流,使其由平均转矩电流成分和抵消转矩波动的电流成分两部分组成,通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分,通过调整权重因子在0至1之间变化来调整开路故障电机转矩波动大小。
Description
技术领域
本发明属于多相永磁电机领域,涉及开路故障下的容错控制技术。
背景技术
随着现代工业的快速发展,大量使用化石能源造成的能源与环境问题对社会的可持续发展带来巨大挑战,相比于使用化石能源的传统燃油车,电动汽车具有资源与环境友好的优点,受到了学界和工业界的广泛重视。永磁电机以其功率密度和效率的优势大量应用于电动汽车驱动系统,而多相永磁电机由于其相数冗余的特点,可以在一相或多相发生故障时实现容错运行,较传统三相永磁电机具有更高的可靠性,因此多相永磁电机在电动汽车等对系统可靠性与安全性有较高需求的场合具有良好的应用前景。
当多相永磁电机出现一相或多相开路故障时,通过施加容错电流使得电机可以继续运行。然而电动汽车存在运行时动力需求多变的特点,通过容错电流消除开路故障带来的转矩波动的同时,会使电机输出的平均转矩出现明显的下降,在特殊路况时会使电动汽车因动力不足而抛锚甚至威胁车内人员的安全。因此在保持容错电流的最大值不超过正常运行时电流的约束下,研究转矩波动可调的多相永磁电机开路故障容错控制技术,可以为开路故障容错运行状态的电动汽车提供更多可选动力方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决六相永磁电机在开路故障下出现的转矩降额与转矩波动在面向不同动力需求时的均衡补偿问题,提供了转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法。
本发明所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法共四个方案。
第一个方案:适用于六相永磁电机的任意一相绕组发生开路故障。
以A相绕组开路为例,说明六相永磁电机在任意一相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
调整其剩余B、C、D、E、F五相绕组输入电流按
进行工作,以改善故障后转矩特性;
式中,i'B、i'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的B、C、D、E、F相绕组的电流,iB、iC、iD、iE、iF分别为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作时的B、C、D、E、F相绕组的电流相同,分别为B、C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
A相开路故障下,B、C、D、E、F五相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式:
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
第二个方案:适用于六相永磁电机的相邻两相绕组发生开路故障。
以A、F相绕组开路为例,说明六相永磁电机在相邻两相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
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'B、i'C、i'D、i'E分别为调整后的B、C、D、E相绕组的电流,iB、iC、iD、iE分别为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作时的B、C、D、E相绕组的电流相同,分别为B、C、D、E相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
A、F相开路故障下,B、C、D、E四相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0为如下形式:
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
第三个方案:适用于六相永磁电机的相隔两相绕组发生开路故障。
以A、B相绕组开路为例,说明六相永磁电机在相隔两相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
调整其剩余C、D、E、F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'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的C、D、E、F相绕组的电流,iC、iD、iE、iF分别为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作的C、D、E、F相绕组的电流相同,分别为C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
A、B相开路故障下,C、D、E、F四相绕组电流i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式:
在未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
第四个方案:适用于六相永磁电机的相对两相绕组发生开路故障。
以A、D相绕组开路为例,说明六相永磁电机在相对两相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
调整其剩余B、C、E、F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'B、i'C、i'E、i'F分别为调整后的B、C、E、F相绕组的电流,iB、iC、iE、iF分别为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作时的B、C、E、F相绕组的电流相同,分别为B、C、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
A、D相开路故障下,B、C、E、F四相绕组电流i'B、i'C、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'E0、i'F0为如下形式:
在未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
优选地,正六相永磁电机适用于所述方法,所述正六相永磁电机采用允许中性电流不为零的六相多桥臂逆变器进行供电。
优选地,所述允许中性点电流不为零的六相多桥臂逆变器为六相全桥逆变器、六相七桥臂逆变器、六相八桥臂逆变器或六相九桥臂逆变器。
本发明的有益效果:本发明公开转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错电流计算方法,在六相永磁电机在一相、相邻两相、相隔两相、相对两相绕组发生开路故障时,能够对六相永磁电机的转矩波动与平均转矩实现不同比例配置的均衡补偿。
附图说明
图1是正六相电机绕组形式示意图;
图2是六相全桥逆变器拓扑示意图;
图3是六相七桥臂逆变器拓扑示意图;
图4是六相八桥臂逆变器拓扑示意图;
图5是六相九桥臂逆变器拓扑示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明所述的转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,包含一相、相邻两相、相隔两相、相对两相绕组发生开路故障的情况,正六相永磁电机适用于所述方法。
所述正六相永磁电机采用六相全桥逆变器、六相七桥臂逆变器、六相八桥臂逆变器、六相九桥臂逆变器或其他允许中性点电流不为零的六相多桥臂逆变器进行供电。
具体实施方式一:下面结合图1~5说明本实施方式,本实施方式所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,适用于六相永磁电机的任意一相绕组发生开路故障。
以A相绕组开路为例,说明六相永磁电机在任意一相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
调整其剩余B、C、D、E、F五相绕组输入电流按
进行工作,以改善故障后转矩特性;
式中,i'B、i'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的B、C、D、E、F相绕组的电流,iB、iC、iD、iE、iF分别为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作时的B、C、D、E、F相绕组的电流相同,分别为B、C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
A相开路故障下,B、C、D、E、F五相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式:
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
本实施方式中,根据所求得的幅值与相位特征,通过设置权重因子k*调节两种电流成分的调整系数k1和k2,使得电流调整后电机的转矩波动可调。k*的取值范围为0~1,在这个范围内取任意值的k*均能满足A相开路故障时调整其它五相电流达到改善转矩特性的目的,只是k*取值不同,电机转矩波动不同,可根据实际需求灵活调整,这种能够既能满足改善转矩特性目的,又能实现灵活调整的特点是本发明计算方法的精髓所在。
以一台12槽14极六相永磁电机为例,分别给出该六相永磁电机在正常状态、A相开路状态下,在选取不同的权重因子k*时,采用本发明所述方法后的输出转矩特性,如表1所示,进而来说明本发明所述方法的优点。
表1正常状态及A相开路故障状态下的转矩特性对比
可以看出,采用本发明所述的转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错电流计算方法,可以显著降低六相永磁电机在一相绕组开路故障下的转矩波动,并可以给出多种不同幅度的转矩波动下降,进而能够更好地满足系统对多种容错动力方案的应用需求。
具体实施方式二:下面结合图1~5说明本实施方式,本实施方式所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,适用于六相永磁电机的相邻两相绕组发生开路故障。
以A、F相绕组开路为例,说明六相永磁电机在相邻两相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
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'B、i'C、i'D、i'E分别为调整后的B、C、D、E相绕组的电流,iB、iC、iD、iE分别为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作时的B、C、D、E相绕组的电流相同,分别为B、C、D、E相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
A、F相开路故障下,B、C、D、E四相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0为如下形式:
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
本实施方式中,根据所求得的幅值与相位特征,通过设置权重因子k*调节两种电流成分的调整系数k1和k2,使得电流调整后电机的转矩波动可调。k*的取值范围为0~1,在这个范围内取任意值的k*均能满足A、F相开路故障时调整其它四相电流达到改善转矩特性的目的,只是k*取值不同,电机转矩波动不同,可根据实际需求灵活调整,这种能够既能满足改善转矩特性目的,又能实现灵活调整的特点是本发明计算方法的精髓所在。
以一台12槽14极六相永磁电机为例,分别给出该六相永磁电机在正常状态和A、F相开路状态下,在选取不同的权重因子k*时,采用本发明所述方法后的输出转矩特性,如表2所示,进而来说明本发明所述方法的优点。
表2正常状态及A、F相开路故障状态下的转矩特性对比
可以看出,采用本发明所述的转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错电流计算方法,可以显著降低六相永磁电机在相邻两相绕组开路故障下的转矩波动,并可以给出多种不同幅度的转矩波动下降,进而能够更好地满足系统对多种容错动力方案的应用需求。
具体实施方式三:下面结合图1~5说明本实施方式,本实施方式所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,适用于六相永磁电机的相隔两相绕组发生开路故障。
以A、B相绕组开路为例,说明六相永磁电机在相隔两相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
调整其剩余C、D、E、F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'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的C、D、E、F相绕组的电流,iC、iD、iE、iF分别为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作的C、D、E、F相绕组的电流相同,分别为C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
A、B相开路故障下,C、D、E、F四相绕组电流i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式:
在未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
本实施方式中,根据所求得的幅值与相位特征,通过设置权重因子k*调节两种电流成分的调整系数k1和k2,使得电流调整后电机的转矩波动可调。k*的取值范围为0~1,在这个范围内取任意值的k*均能满足A相开路故障时调整其它五相电流达到改善转矩特性的目的,只是k*取值不同,电机转矩波动不同,可根据实际需求灵活调整,这种能够既能满足改善转矩特性目的,又能实现灵活调整的特点是本发明计算方法的精髓所在。
以一台12槽14极六相永磁电机为例,分别给出该六相永磁电机在正常状态和A、B相开路状态下,在选取不同的权重因子k*时,采用本发明所属方法后的输出转矩特性,如表3所示,进而来说明本发明所述方法的优点。
表3正常状态及A、B相开路故障状态下的转矩特性对比
可以看出,采用本发明所述的转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错电流计算方法,可以显著降低六相永磁电机在相隔两相绕组开路故障下的转矩波动,并可以给出多种不同幅度的转矩波动下降,进而能够更好地满足系统对多种容错动力方案的应用需求。
具体实施方式四:下面结合图1~5说明本实施方式,本实施方式所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,适用于六相永磁电机的相对两相绕组发生开路故障。
以A、D相绕组开路为例,说明六相永磁电机在相对两相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
调整其剩余B、C、E、F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'B、i'C、i'E、i'F分别为调整后的B、C、E、F相绕组的电流,iB、iC、iE、iF分别为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作时的B、C、E、F相绕组的电流相同,分别为B、C、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
A、D相开路故障下,B、C、E、F四相绕组电流i'B、i'C、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'E0、i'F0为如下形式:
在未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
本实施方式中,根据所求得的幅值与相位特征,通过设置权重因子k*调节两种电流成分的调整系数k1和k2,使得电流调整后电机的转矩波动可调。k*的取值范围为0~1,在这个范围内取任意值的k*均能满足A相开路故障时调整其它五相电流达到改善转矩特性的目的,只是k*取值不同,电机转矩波动不同,可根据实际需求灵活调整,这种能够既能满足改善转矩特性目的,又能实现灵活调整的特点是本发明计算方法的精髓所在。
以一台12槽14极六相永磁电机为例,分别给出该六相永磁电机在正常状态和A、D相开路状态下,在选取不同的权重因子k*时,采用本发明所属方法后的输出转矩特性,如表4所示,进而来说明本发明所述方法的优点。
表4正常状态及A、D相开路故障状态下的转矩特性对比
可以看出,采用本发明所述的转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错电流计算方法,可以显著降低六相永磁电机在相对两相绕组开路故障下的转矩波动,并可以给出多种不同幅度的转矩波动下降,进而能够更好地满足系统对多种容错动力方案的应用需求。
虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,其特征在于,以A相绕组开路为例,说明六相永磁电机在任意一相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
调整其剩余B、C、D、E、F五相绕组输入电流按
进行工作,以改善故障后转矩特性;
式中,i'B、i'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的B、C、D、E、F相绕组的电流,iB、iC、iD、iE、iF分别为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作时的B、C、D、E、F相绕组的电流相同,分别为B、C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
A相开路故障下,B、C、D、E、F五相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式:
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
3.转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,其特征在于,以A、F相绕组开路为例,说明六相永磁电机在相邻两相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
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'B、i'C、i'D、i'E分别为调整后的B、C、D、E相绕组的电流,iB、iC、iD、iE分别为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作时的B、C、D、E相绕组的电流相同,分别为B、C、D、E相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
A、F相开路故障下,B、C、D、E四相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0为如下形式:
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
5.转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,其特征在于,以A、B相绕组开路为例,说明六相永磁电机在相隔两相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
调整其剩余C、D、E、F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'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的C、D、E、F相绕组的电流,iC、iD、iE、iF分别为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作的C、D、E、F相绕组的电流相同,分别为C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
A、B相开路故障下,C、D、E、F四相绕组电流i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式:
在未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
7.转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,其特征在于,以A、D相绕组开路为例,说明六相永磁电机在相对两相绕组开路时,所述开路故障容错控制方法为:
调整其剩余B、C、E、F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'B、i'C、i'E、i'F分别为调整后的B、C、E、F相绕组的电流,iB、iC、iE、iF分别为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分,与电机正常工作时的B、C、E、F相绕组的电流相同,分别为B、C、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分,Im为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值,ω为电流角频率,t为时间,k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数;
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动,并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数,获得抵消转矩波动的电流成分:
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取:
式中:k*为权重因子;
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值,进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
A、D相开路故障下,B、C、E、F四相绕组电流i'B、i'C、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'E0、i'F0为如下形式:
在未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0的作用下,电机的合成磁动势为:
式中,kdp为绕组因数,N为绕组匝数,θ为气隙圆周空间位置角度,f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势,并分解为:
通过使未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零,得到拉格朗日乘数法的约束条件:
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标,基于拉格朗日乘数法,得到对应的目标函数P的表达式为:
式中,λ1、λ2为拉格朗日算子;
9.据权利要求1、3、5、7所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,其特征在于,正六相永磁电机适用于所述方法,所述正六相永磁电机采用允许中性电流不为零的六相多桥臂逆变器进行供电。
10.据权利要求9所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法,其特征在于,所述允许中性点电流不为零的六相多桥臂逆变器为六相全桥逆变器、六相七桥臂逆变器、六相八桥臂逆变器或六相九桥臂逆变器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110713175.7A CN113364364B (zh) | 2021-06-25 | 2021-06-25 | 转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110713175.7A CN113364364B (zh) | 2021-06-25 | 2021-06-25 | 转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113364364A true CN113364364A (zh) | 2021-09-07 |
CN113364364B CN113364364B (zh) | 2022-07-12 |
Family
ID=77536488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110713175.7A Active CN113364364B (zh) | 2021-06-25 | 2021-06-25 | 转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113364364B (zh) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110080000A1 (en) * | 2008-06-09 | 2011-04-07 | Rolls-Royce Plc | Synchronous electrical machine |
CN105743398A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-07-06 | 哈尔滨工业大学 | 用于五相永磁同步电机绕组开路故障容错控制的电流设定方法 |
WO2017143434A1 (en) * | 2016-02-23 | 2017-08-31 | Canadian Space Agency | Energy-efficient motor drive with or without open-circuited phase |
CN107171601A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-09-15 | 沈阳工业大学 | 六相电机断相时转矩波动最小化容错控制方法 |
CN108900139A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-27 | 哈尔滨工业大学 | 基于功率不变原则的五相永磁电机开路故障容错控制方法 |
CN108964547A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-12-07 | 江苏大学 | 基于svpwm的五相永磁同步电机两相开路故障的容错控制方法 |
CN110912468A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-24 | 沈阳工业大学 | 一种六相永磁同步电机一相开路容错控制方法 |
CN111293944A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-16 | 天津大学 | 一种五相永磁同步电机单相开路故障的容错电流设定方法 |
CN111597737A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-08-28 | 天津大学 | 一种减小五相永磁同步电机两相开路故障转矩波动的方法 |
CN111654224A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-09-11 | 天津大学 | 一种五相永磁同步电机三相开路故障下的容错控制方法 |
-
2021
- 2021-06-25 CN CN202110713175.7A patent/CN113364364B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110080000A1 (en) * | 2008-06-09 | 2011-04-07 | Rolls-Royce Plc | Synchronous electrical machine |
WO2017143434A1 (en) * | 2016-02-23 | 2017-08-31 | Canadian Space Agency | Energy-efficient motor drive with or without open-circuited phase |
CN105743398A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-07-06 | 哈尔滨工业大学 | 用于五相永磁同步电机绕组开路故障容错控制的电流设定方法 |
CN107171601A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-09-15 | 沈阳工业大学 | 六相电机断相时转矩波动最小化容错控制方法 |
CN108900139A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-27 | 哈尔滨工业大学 | 基于功率不变原则的五相永磁电机开路故障容错控制方法 |
CN108964547A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-12-07 | 江苏大学 | 基于svpwm的五相永磁同步电机两相开路故障的容错控制方法 |
CN110912468A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-24 | 沈阳工业大学 | 一种六相永磁同步电机一相开路容错控制方法 |
CN111293944A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-16 | 天津大学 | 一种五相永磁同步电机单相开路故障的容错电流设定方法 |
CN111654224A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-09-11 | 天津大学 | 一种五相永磁同步电机三相开路故障下的容错控制方法 |
CN111597737A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-08-28 | 天津大学 | 一种减小五相永磁同步电机两相开路故障转矩波动的方法 |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
FENG CHAI, ET AL.: "Fault-tolerant control of modular permanent magnet synchronous motor under open-circuit faults", 《IEEE ACCESS》 * |
GUIDAN LI, ET AL.: "Open-circuit fault-tolerant control of five-phase permanent-magnet synchronous motor using control variable method", 《2020 INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICAL MACHINES (ICEM)》 * |
YI SUI, ET AL.: "open-circuit fault-tolerant control of five-phase PM machine based on reconfiguring maximum round magnetomotive force", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》 * |
刘剑,等: "基于基波电流调控法的六相永磁同步电动机转矩波动抑制方法研究", 《微电机》 * |
白洪芬,等: "永磁同步电机开路故障容错补偿控制", 《交通运输工程学报》 * |
郑萍,等: "电动汽车用六相永磁容错电机的分析与设计", 《电机与控制学报》 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113364364B (zh) | 2022-07-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gan et al. | A review on machine topologies and control techniques for low-noise switched reluctance motors in electric vehicle applications | |
Sui et al. | Open-circuit fault-tolerant control of five-phase PM machine based on reconfiguring maximum round magnetomotive force | |
CN112332735B (zh) | 一种3×3相永磁辅助同步磁阻电机的容错控制方法 | |
CN110504889B (zh) | 一种五相永磁同步电机容错直接转矩控制方法 | |
CN105743398A (zh) | 用于五相永磁同步电机绕组开路故障容错控制的电流设定方法 | |
CN113872482B (zh) | 一种轴向磁场磁通切换永磁电机单相故障容错控制方法 | |
CN103337999B (zh) | 双余度永磁容错电机直接转矩控制系统及方法 | |
CN110829926B (zh) | 一种用于五相永磁容错电机的svpwm容错控制方法及装置 | |
CN112436776B (zh) | 用于五相分数槽集中绕组容错电机的开路容错直接转矩控制方法 | |
Wang et al. | Direct torque control of five-leg dual-PMSM drive systems for fault-tolerant purposes | |
KR20180045966A (ko) | 권선형 동기 전동기를 이용한 충전 시스템 | |
CN111293944A (zh) | 一种五相永磁同步电机单相开路故障的容错电流设定方法 | |
CN114400945B (zh) | 双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法 | |
Ting et al. | Fault-tolerant method for six-phase PMSM by adjusting phase angle | |
Sun et al. | Self-adaptive fault-tolerant control of three-phase series-end winding motor drive | |
CN111293943B (zh) | 双三相电机缺相运行的控制方法 | |
CN113364364B (zh) | 转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法 | |
CN108809204B (zh) | 基于功率不变原则的90°相带角四相永磁电机开路故障容错控制方法 | |
CN111435813A (zh) | 具有三次电流谐波注入的双定子pm机器 | |
Feng et al. | Fault-tolerant control of six-phase permanent-magnet synchronous machine drives under open-phase faults | |
CN108900139A (zh) | 基于功率不变原则的五相永磁电机开路故障容错控制方法 | |
Mini et al. | A novel sensorless control strategy based on sliding mode observer for non-sinusoidal seven-phase PMSM | |
CN115065301A (zh) | 五相永磁同步电机绕组端部短路故障的低铜耗容错控制策略 | |
Baik et al. | SVPWM technique for common-mode voltage elimination of dual-winding fault-tolerant permanent magnet motor drives | |
Ni et al. | Phase current reconstruction for the grid-side converter with four-switch three-phase topology in a DFIG-WT |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |